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 27 kpc, Slunce cca 8 kpc od středu 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 27 kpc, disk mimo střed jen 1 kpc tlustý, uprostřed galaktická výduť- koule j o průměru 4-5 kpc; patří sem většina hvězd - populace I; účastní se j 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 Ikirk Had, 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 => 4 ramena Iky Way Gal 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 SgrDHU SgrDSNR ^ Wide-Field Radio Image of the Galactic Center X = 90 cm (Kassim, iíRosíi, Lmró. & Hyman 199Í)) SNR 0.9+0.! NewSNR 0.3+0.0 New Feature: The Cane 'tiackgmimd Galaxy SNR 359.0-00.9 New thread: The Pelican C Coherent \ structure? L SNR 359.1-00.5 -71 pc ~240 light years Tornádo (SNR?) [nujjj poena in p Bl die SívjI Rewaich l.zbaniwy *mg Do D H(jh Pcrfcrmantí Cosijnitaj Rnourcn TicOkqí by N,fc. ICkuim. Ll.S lín^í, (j W. Laj-n>. i S jjKcki, J Inunun, tSII. Hnu ■-- -j| liii.! i mm :h. MftikO Vbrt i.srvc.\ici\ coumcw of A Ptdlir. K. AiundamTwib, M.lSnw, A. ft. Ekai 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 inte akce jedné či dvou velmi hmotných černých c 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 r-lěr 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. • t t * * detekován Keplerovský 250 200 pokles / - Einasto Bulge ----------- Dust /- Total ----- Baryon - Disc - Gas / í This work J_I 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) E 150 £100 50 0, --i-i 1 i Í"*-Ý-^x * - 1 ^ i t / 1 / ______________ < / ! o 10 15 R [ kpc ] 20 25 30 Jiao+ 2023 Rotace několika spirálních galaxií distance from center (thousands of light-years) Cnp/righd