Galaxie
i
■     . *      — i      ... r
Mléčná dráha
Naše Galaxie - dávná historie poznávání
galaxie = gravitačně vázaný strukturovaný a organizovaný systém z řeckého yaKa^aq Galaxie x Mléčná dráha Mléčná dráha - antika: Anaxagoras (cca 500-428 př.n.i.),
a
Démokritos (460 - 370 př. n. i.), - tvořena mnoha hvězdami,
ale !
Aristoteles (384-322 př.n.l.) - Mléčná dráha = důsledek hoření hvězdných výparů v horní části zemské atmosféry
Olympiodorus mladší (495-570 n.i.) - sublunární M.d. by měla paralaxu =>
snaha o změření paralaxy arabskými astronomy 11.-13. st. (první Alhazen (965-1040) - negativní výsledek => M.d. musí být velmi vzdálená
Nasir al-Din al-Tusi - M.d., tedy Galaxie tvořena mnoha hvězdami ■ Galileo Galilei - 1609 potvrzení charakteru Mléčné dráhy
Proč vlastně máme Mléčnou dráhu? aneb proč nejsou hvězdy na hvězdné obloze rozmístěny více rovnoměrně?
1. řešení - filozofové! -18. století - shodně: Mléčná dráha = hvězdný ostrov diskového tvaru
Wright a Kant jako první zobecnili - pozorované mlhoviny = jiné soustavy hvězd podobné té naší,
Kant - termín „vesmírné ostrovy"
Naše Galaxie - historie poznávání
1. model Galaxie z pozorování - William Herschel
v 80. letech 18. st. - počty hvězd v několika stech oblastí nebe
chybné předpoklady:
- všechny hvězdy mají stejný zářivý výkon,
- prostorová hustota hvězd je stálá,
- neexistuje zeslabování světla hvězd (mezihvězdná extinkce) -
nevěděl o ní,
- dalekohledem dohlédneme na hranici Galaxie.
výsledek - model Galaxie o průměru 3 kpc, uprostřed je Slunce
Kapteynův model Galaxie (Kapteynův vesmír)
1922 - Jacobus Kapteyn (1851-1922) - opět počítáním hvězd (ve vybraných částech hvězdné oblohy) zkoumal strukturu Galaxie
+ znal absolutní hvězdné velikosti pro různé typy hvězd; - nevěděl o mezihvězdné extinkci;
výsledek - tvar zploštělého elipsoidu 8500 pc x 1700 pc, Slunce 650 pc od středu
model platí pro vysoké galaktické šířky, v rovině Galaxie selhává
důvod - mezihvězdná extinkce! => Galaxie je větší a Slunce není poblíž středu dnešní rozměry - průměr disku 28 kpc, Slunce 8 kpc od středu
LigfU years
parsecs
Velká debata
1918 Shapley - vzdálenosti 93 kulových hvězdokup pomocí pulzujících proměnných hvězd typu RR Lyr a WVir;
„troufalý a ukvapený předpoklad" - systém kulových hvězdokup
= kostra Galaxie (střed kostry souhlasí s centrem Galaxie)
centrum Galaxie leží ve směru Střelce ve vzdálenosti 15 kpc;
průměr Galaxie cca 100 kpc, Slunce v 1/3 mezi centrem a okrajem
Van Maanen - pozorování rotace M101 => nemůže být daleko
26.4.1920 Velká debata - o rozměrech Galaxie a povaze spirálních mlhovin
Harlow Shapley x Heber Curtis
Curtis - odborník na spirální mlhoviny=vzdálené soustavy z milionů hvězd
- obhajoval Kapteynův model Galaxie (průměr cca 8,5 kpc);
- přednost kratší škále vzdáleností, (mj. pro vzdálenost M 31
z jasnosti 12 pozorovaných „nov" (150 kpc) => velikost srovnatelná s rozměrem Shapleyho Galaxie;
- kdyby M31 byla v Galaxii, proč by bylo tolik nov jen v malé části G.
- velké rychlosti vzdalování spirálních mlhovin (příliš velké na to, aby
byly gravitačně spjaty s Galaxií)
Shapley - Galaxie je nejméně o řád větší (než Kapteynův model) a představuje celý vesmír Curtis - ve vesmíru jsou i jiné galaxie daleko od naší Galaxie
Kde se ztrácí světlo
aneb
Mezihvězdný plyn a prach
Mezihvězdná látka - důležitá součást Galaxie
- zkresluje náš pohled na okolní vesmír!
- vznikají z ní další hvězdy i planety!
Složky:
> plyn - nejhmotnější složka, zejména molekulární vodík (další prvky dle
četnosti výskytu prvků ve vesmíru)
molekulová oblaka - cca 80 % hmotnosti mezihvězdné látky
oblaka neutrálního vodíku (oblasti HI) - mlhoviny s převládajícími atomy neutrálního vodíku - nezáří v optickém oboru spektra (21 cm), typicky - rozměry 10 pc, vzdálenosti 30 pc, teplota 40- 120 K, hustota 1-10 atomů cm-3.
ionizovaný vodík (oblasti HII) - červeně svítící mlhoviny, kolem horkých hvězd, teplejší ale řidší než H I oblasti
> prach -1 % hmotnosti mezihv. látky;
křemičitanová, uhlíková (grafitová), kovová, ledová zrnka
Galaktická souřadnicová soustava
Zavedena 1958 - rezoluce IAU, klíčové pro studium rozložení objektů Základní rovina - rovina největší koncentrace hvězd v Galaxii (na hvězdné obloze - přibližně Mléčná dráha) = galaktický rovník - úhel mezi rovinami galaktického a světového rovníku 62° 36,0' základní směr (ke středu Galaxie):
17h 42m 2953s) g = _28° 59' 18" (1950.0) 17h 45m 37.224s' -28° 56' 10.23" (J2000)
Ncrth Gaiaaic Pole ■ 90" lat
Souřadnice:
galaktická délka I (0° až 360°), galaktická šířka b (0° až ± 90°).
pravotočivá souřadná soustava galaktické póly: Com, Sel
l ŮO* long
■ 90° ipoa
Sun
■
■
:-90°m
South Gatadic Pele
Anatomie naší Galaxie
Kulová složka (halo) - mírně zploštělá koule o průměru asi 50 kpc; nejstarší hvězdy v Galaxii (stáří až 12 miliard let), populace II; kulové hvězdokupy; nepatrné množství těžších prvků (do 0,1 %)
Disková složka: průměr 30 kpc, disk mimo střed jen 1 kpc tlustý, uprostřed galaktická výduť- koule o průměru 4-5 kpc;
patří sem většina hvězd - populace I; účastní se galaktické rotace; stáří hvězd - cca 5 miliard let, od roviny Galaxie - střední vzdál. 300 pc;
Slunce - 15 pc od galaktické roviny, 8 kpc od středu;
Plochá složka: nejmladší hvězdy (stáří milion
až několik mld. let, těžších prvků až 5 %)
a mezihvězdná látka; udává polohu galaktického
rovníku; hmotné hvězdy s největším zářivým
výkonem
tkitk HuU>
Jádro Galaxie -od nás vzdáleno 30 000 ly, zastíněno, v centru obří černá díra (a malé čd)
Population II
Bubliny-objev r. 2010,
družice Fermi 2017 - výsledek výronu plynu pri poslední velké „večeri" černé díry v centru Galaxie
galaktická šířka (stupně)
halo,
výduť
disk
. L
poloha Slunce
1 000 ly
28 000 ly
kulové hvězdokupy 100 000 ly
Spirály
- spirální ramena - nahuštění hvězd a mezihvězdné látky
- stabilní hustotní vlna
- ve spirálních ramenech - zvýšená hustota mezihvězdné látky => vznik nových hvězd; žhavé hmotné hvězdy a mladé otevřené hvězdokupy
- spirální struktura Galaxie - podoba s blízkými galaxiemi (např. M 31)
■   O   ■ I ■ , ■
- disková a zejména plochá složka°Galaxie - ramena, vybíhající z jádra -pncka
r1
75.000
,1 ■<%
©UW-MADISON UNIVERSITY COMMUNICATIONS
1852 - Stephen Alexander - první předpokládal spirální strukturu
2008 - R. Benjamin
2 hlavní spirální ramena:
> Scutum-Centaurus,
> Perseus
2 vedlejší, malá ramena
• Norma
• Sagittarius
2012-stálé diskuse
např. nový vnější prstenec (Monoceros Ring)
2013 - J. Urquhart - rozložení mladých masivních hvězd => 4 ramena
Iky Way Galaxy
Observation Shadow of G<
Základní čísla o naši Galaxii
hmotnost (zářící látky): 5.8-1011 M0 (celková hmotnost je až o řád větší, většina látky Galaxie je uložena v temném halu, jehož rozměry mnohonásobně převyšují velikost viditelné části Galaxie)
průměr zářivého disku: 120 000 ly = 37 kpc = 1.1 -1018 km průměr Galaktického hala: 1.9 Mly! = 583 kpc!
zářivý výkon: 2-1010 L0 (tj. 7,7-1036 W)
počet hvězd, tvořících Galaxii: 100 -400 miliard (odhad)
podíl mezihvězdné látky na hmotnosti Galaxie: asi 10 % hmotnosti zářící látky
Co se skrývá uprostřed Galaxie?
centrum Galaxie - hvězdná obloha mezi y Střelce a 6 Hadonoše
- extinkce ve viditelném oboru spektra - 30 magnitud!
- infračervená, rádiová pozorování
Skryté jádro
jádro Galaxie
- patrně obrovská, mírně zploštělá kulová
hvězdokupa o rozměrech 4x5 kpc
- nejčetnější slabí červení trpaslíci
- obklopeno hustým prstencem mezihvězdné
látky => nelze zkoumat jádro ve vizuálním oboru spektra
- koncentrace hvězd směrem ke středu prudce
roste => vyšší pravděpodobnost blízkých setkání hvězd.
galaktické jadérko - cca 1 pc, výrony plynu a netepelného rádiového záření - výsledek interakce jedné či dvou velmi hmotných černých děr s hvězdami a mezihvězdnou látkou - Sgr A* = super-masivní černá díra (4.106 M0, 0.3 au)
Hailey et al. (2018) - v gal. jadérku možná tisíce hvězdných černých děr!
červeně - dvojhvězdy s bílými trpaslíky, modře - dvojhvězdy s černými děrami
20 light dqya
S2 průchod pericentrem 2018!
The orbit of S2 (1992-2013)
R.A. n I (yr >
ESO, NTT, La Silla
Průlet G2 kolem středu Galaxie
animace
Rotace Galaxie
hvězdy - rychlost oběhu kolem středu Galaxie - závisí na vzdálenosti od středu (z měření radiálních rychlostí a vlastních pohybů hvězd)
model 1: pevná deska s rovnoměrným rozložením hmoty - oběžná rychlost hvězd ~ vzdálenosti od středu otáčení
Wheel-like rotation Rotation curve for
wheel-like rotation
Rotace Galaxie
model 2: s koncentrací hmoty v centrální oblasti (blízké modelu spirálních galaxií)
hmotnost jádra » hmotnost hvězdy => podobné jako u Sluneční soustavy => problém dvou těles (Keplerovy zákony)
oběžná rychlost závisí na vzdálenosti nepřímo úměrně
Planet-like rotation Rotation curve for
planet-like rotation
Rotace Galaxie
1975 - Vera Rubin - objev diferenciální rotace => hvězdy na okraji Galaxie mají cca stejnou oběžnou rychlost => nevyhovuje ani model pevné desky ani koncentrace látky k centru
konstantní rotační rychlost v okrajových oblastech Galaxie => skrytá hmota
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 vzdálenost od středu Galaxie (10 ly)
Závislost oběžné rychlosti na vzdálenosti od středu hvězdné soustavy - složitá funkce (různá u různých galaxií)
R (x 1000 ly)
oběžná rychlost km-s"
I_i_l_i_l_l_l_I
0 10 20 30
vzdálenost od středu (kpc)
o 50 100 150 200
distance trom center (thousands of light-years)
Copyright! *S Addison Wasley.
z průběhu rotačních křivek - hmotnost galaxií