Galaxie
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.ni),
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.l.) - 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
Emanuel Swedenborg (1734),
Thomas Wright (1750),
Immanuel Kant (1755)
Wright a Kant jako první zobecnili podobné té naší,
Kant - termín „vesmírné ostrovy"
- pozorované mlhoviny
= jiné soustavy hvězd
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)
1906-1922 - 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
Lighl years
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 (okraje by
pohybovaly rychlostí větší než světlo => jde o mlhovinu uvnitř Galaxie, později prokázáno, že udělal chybu)
26.4.1920 Velká debata - o rozměrech Galaxie a povaze spirálních mlhovin
Harlow Shapley x H e ber 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
Výsledek „velká debaty"?
remíza - ani jeden neměl zcela pravdu
Rozřešení:
1923 Edwin Hubble - objev cefeid v M31 => určení jejich period => určení vzdálenosti - 285 kpc => mimo naši Galaxii
Period ■ LwniiiositTr Eelauouíliin
(bylo to chybné určení - správně 765 kpc)
i ~*
I ->
J   5       lit        30 50 100 Period [Days.]
jfj   1930 Robert Julius Trumpler - objev mezihvězdné extinkce
Y 3í
Složky mezihvězdného materiálu:
> 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, ale na 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): ^g^p^
17h 42m 29,3S, ó = -28° 59' 18" (1950.0) ■ 17h 45m 37.224s' -28° 56' 10.23" (J2000) \
Souřadnice:
galaktická délka I (0° až 360°), galaktická šířka b (0° až ± 90°).
pravotočivá souřadná soustava galaktické póly: Com, Sel
■
■
:-90°m
South Gaiadic 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
Ikitk
Halo
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)
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 (napr. M 31)
- důkazy - radioastronomie
© 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
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
S2 průchod pericentrem 2018!
The orbit of S2 (1992-2013)
i UFÉ-VLt 7S|- ŮUCLAJÍHÍ  JV ^
5.15 i-
tt.iasl-
0.1
c
ä 0.075 0.05 f-0,025 -D
--:s: I -
■j:
i
0.05    OLMS     0     -0.035  -0.05 -0.O75
2000
H.A. n
2ŮŮO 2002 2004 2006 3008 201C 2012 Kyr>
ESO, N TT, 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
300
— •
^ 200
O
^ 100 h
O
Slunce. • ■   « • *
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)
oběžná rychlost knrs"
300
200 H
100
NGC 2590
Galaxie
NGC 801
Rotace několika spirálních galaxií včetně naší
10
20
30
vzdálenost od středu (kpc)
Cnpyrighrt ffl Addison Wnsley
NGC 7541
- :
UGC 2885
NGC 2998
NGC 801
50 100 150 200
distance from center (thousands of light-years)
z průběhu rotačních křivek - hmotnost galaxií