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WH. Galaxien-Leuchtkraftfunktion (LF). Verteilung von L in repräsentativer, volumenbegrenzter (!) Stichprobe. „nullte Näherung“: universelle Fkt. -5/4. F ( L ) = c ( L / L ) e. *. (Schechter-Funktion). - L / L. L : Schechter-Leuchtkraft. *. *. aber zu einfach.

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Presentation Transcript

  1. WH Galaxien-Leuchtkraftfunktion (LF) Verteilung von L in repräsentativer, volumenbegrenzter (!) Stichprobe • „nullte Näherung“: universelle Fkt. -5/4 F (L) = c (L / L ) e * (Schechter-Funktion) - L / L L : Schechter-Leuchtkraft * * • aber zu einfach - Wesentliche Details unterdrückt - Jeder Galaxientyp hat eigene LF 3.3.3

  2. WH Verhältnis N ( E+S0) nimmt mit (projizierter) Galaxiendichte zu N ( S+Irr) 3.3.5 Morphologie-Dichte-Relation • 2 mögliche Interpretationen: • Entstehungsprozess • Umgebung • (nature or nurture)

  3. WH 3.4.1 Integrale Spektren Starburst galaxies (Irr) Sb, Sc Indikatoren der Sternentstehung nehmen ab * Sa,S0,E * • spektrale Indikatoren junger Sterne: • UV-Kontinuum (OB-Sterne) • Emissionslinien (Ionisation)

  4. WH IrrS0/E Integrale Farben 3.4.3 Schwarzer Strahler Sterne Normale Galaxien

  5. WH Interstellares Medium (ISM): Spiralen/Irr 3.5.1 • Kühles diffuses Gas - Hauptkomponente des ISM - rad. Verteilung sehr ausgedehnt - azimutal: relativ gleichmäßig • Molekulares Gas - rad. Verteilung: stärker zentrumskonzentriert - azimutal: Spiralstruktur • Staub - mit molekularem Gas verbunden - MSS: m(Gas)/m(Staub) ~ 100 (D) Ionisiertes warmes Gas - HII = SE-Indikator (OB-Sterne!) - rad. Vert.: HII wie molekulares Gas - Sa  Sc  Irr: Anzahl und Größe der HII-Regionen zunehmend • Ionisiertes heißes Gas Zwischenwolkengas, Korona

  6. WH Interstellares Medium (ISM): Spiralen/Irr 3.5.2

  7. 3.5.3 Elliptische 3.5.7

  8. 3.5.3 Elliptische 3.5.7 lange Zeit für ISM-frei gehalten, da • nur selten Em.linien (HI, HII) • in optischen Aufnahmen mit bodengebundenen Teleskopen im allgemeinen keine Anzeichen von Staub Optisches Bild der E-Galaxie M87

  9. Seit 1979 (Röntgensatellit EINSTEIN): • Gas mit T ~ 10 Mio K, i.allg. dT / dr > 0 • Gesamtmasse im Röntgen- (X-) Gas: m = 10 ... 10 m , dh. m / m ~ 0.1 • L mit opt. Leuchtkraft korreliert 9 10 X X Sterne Deutung: X • ISM in E ist (durch irgendwelche Prozesse) stark aufgeheizt worden. • Im Detail noch nicht sicher verstanden, ob Phänomen stationär. 3.5.7 Röntgenbild und Spektrum der E-Galaxie M87

  10. Elliptische Galaxien sind im allgemeinen staubfrei, aber... • Ausnahmen (HST): kleine zirkumnukleare Staubscheiben (dabei handelt es sich generell um Radiogalaxien  später) • Warum generell so wenig Staub? (Staubproduktion in entwickelten Sternen!) 3.5.8 Abbildung: Ausschnitt aus Atlas von HST-Aufnahmen von Radiogalaxien (De Ruiter)

  11. 3.6 Kinematik und Massen

  12. v v r t m v • Messung der Raumgeschwindigkeit v : • Radialgeschwindigkeit v : Doppler-Effekt Dl / l = v / c (für v nc) • Tangentialgeschwindigkeit: aus Eigenbewegung m (arcsec / Jahr) und Entfernung r: v = r m (BM/s) r r r t 3.6.1 Allgemeines zu Messmethoden Aber: in Extragalaktik ist m generellsehr klein!  Im allgemeinen ist lediglich v messbar. t

  13. Dl < 0 (A) Rotation  Linienverschiebung v< 0 rot Dl% v v > 0 sys v > 0 Dl > 0 rot r (B) Ungeordnete Bewegung l l 0 sys  Linienverbreiterung W Linie v > 0 sys W% s l l 0 sys Linie vr Prinzip der Messung der internen Kinematik von Galaxien 3.6.1 Bemerkungen: • Messung am besten an Emissionslinien • schwieriger bei Absorptionslinien • bedeutsam vor allem Ha (HII) und 21-cm-Linie (HI)

  14. 3.6.2 Messung der Rotationskurven (RK)v (R) r 3.6.1 Einfache Methode für entferntere Galaxien: Langspaltspektroskopie l - l sys a (´´) Nachthimmelslinien Bemerkung: Korrektur bzgl. Neigung zur Sichtlinie aus beob. Achsenverhältnis a / b

  15. 3.6.2 „Rotationskurven“ (RK) von Spiralgalaxien

  16. v max • Ergebnisse: • typische Form der RK • ~ const für R = R ... R • fester Hubble-Typ: v%L (Tully-Fisher-Relation) • festes L: v für Sa größer als für Sc (stärkere Konzentra-tion zum Zentrum) • wellenförmige Struktur hängt mit Spiralstruktur zusammen P 25 1/4 max max 3.6.3 Ergebnisse 3.6.3 (A) Scheiben von Spiralgalaxien Im allgemeinen ist v >> s  v ( R) (RK) untersuchen! max v starre Rotation Differentielle Rotation

  17. Beispiele für gemessene Rotationskurven von Sb-Galaxien (links) und Sc-Galaxien (rechts); (Rubin et al. 1980...1985) 3.6.4 Bemerkung: größte gemessene Rotationsgeschwindigkeit ca. 500 km/s

  18. (B) Bulges und Elliptische 3.6.5 • ungeordnete Bewegungskomponente dominiert • s % L (Faber-Jackson-Relation) 1/4 v Aus (1)  Können Bulges und E überhaupt Rotationsellipsoide sein? Mögliche Formen von Rotationsellipsoiden: • Oblater Sphäroid („Pfannkuchen“) • Prolater Sphäroid („Zigarre“) ( a = b > c ) ( a > b = c )

  19. ( ) . v e 2 rot s 1 - e iso v Modellierung: 3.6.6 • Sternsysteme mit Rotation + isotrope (I) ungeordnete Bewegung • Rotation verursacht Abplattung e= 1- b/a • für Isotropie: • Vergleich mit Beobachtung: • dE, Bulges entsprechen IO-Modell ( „rotationsgestützt“) • (Riesen-) disky E entsprechen IO-Modell ( „rotationsgestützt“) • (Riesen-) boxy E weder IO noch IP  Stabilität gegen Gravitat.kollaps durch ungeordnete Bewegung  triaxiale Struktur wahrscheinlich • Modell IO: isotrop, oblate • Modell IP: isotrop, prolate ( a > b > c )

  20. - Bewegungsgleichungen-Gl.n: Potenzial  Dynamik Virialsatz: | E | = 2 E pot kin 3.6.4 Massen, Massenverteilung, m/L 3.6.7 (a) Allgemeines Vorgehen zur Modellierung der Massenverteilung in Galaxis: - Dichteverteilung r ( r ) vorgeben Nein - Poisson-Gl.: Dichteverteilung  Potenzial Virial-GG erfüllt? Ja ok

  21. 1 wR 3.6.8 (b) Deutung der (flachen) Rotationskurven „Kepler-Rotation“ • Erwartung (Intensitätsprofil): v ~ rot - Beobachtung: v. const rot „flache Rotationskurven“

  22. 1 wR 3.6.8 (b) Deutung der (flachen) Rotationskurven „Kepler-Rotation“ • Erwartung (Intensitätsprofil): v ~ rot - Beobachtung: v. const rot „flache Rotationskurven“

  23. 3.6.8 (b) Deutung der (flachen) Rotationskurven Mögliche Lösungen des Widerspruchs: 1. Bei großen R ist Newtonsche Dynamik zu modifizieren ( „MOND“) 2. Bei großem R dominiert nichtleuchtende Materie

  24. (c ) Interpretation im Rahmen der klassischen Dynamik 3.6.9 • Je größer R, desto mehr Dunkle Materie (DM) • Galaxien sind in Halos aus DM eingebettet (DM-Halo)

  25. Typische Massen und Masse-Leuchtkraft-Verhältnisse 3.6.10 10 u u u Vergleich: Sonnenumgebung (Sternzählungen): m/L ~ 1

  26. 3. Masseverteilung im DM-Halo: aus konstanter RK folgt M % R  und wegen dM = r 4pR dR folgtr % 1/R  Ansatz: r = dM /dR = const R R 2 R 2 r 0 („nicht-singuläres“ isothermes Profil) 2 1 + (R/R ) 0 3.6.11 • Schlussfolgerungen: • auf großen Skalen sind Galaxien DM-dominiert (DM-Halos) • DM-Halos bestehen nicht aus (normaler) Sternpopulation (etwa wie Sonnenumgebung)

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