F7567 Struktura a kinematika galaxií

Přírodovědecká fakulta
podzim 2022
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
RNDr. Bruno Jungwiert, Ph.D. (přednášející)
Garance
RNDr. Bruno Jungwiert, Ph.D.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: RNDr. Bruno Jungwiert, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 12:00–13:50 Fs1 6/1017, Po 16:00–17:50 Fs1 6/1017
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Hlavním cílem předmětu je seznámit studenty s klasifikací, strukturou a kinematikou galaxií a větších systémů z nich sestávajících - galaktických skupin, kup a nadkup - jakož i s teoretickými a observačními nástroji k jejich studiu. Část výkladu je věnována podrobnějšímu popisu naší Galaxie a Místní skupiny galaxií. Součástí předmětu jsou též základy galaktické dynamiky. Na předmět navazuje přednáška F8567 (Dynamika a vývoj galaxií), která se zaměřuje na pokročilejší partie galaktické dynamiky a vývoj galaxií v kosmologickém kontextu.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen:
- charakterizovat typy galaxií a jejich základní strukturální a fyzikální vlastnosti
- rozpoznat základní typy galaxií na optických či infračervených snímcích, včetně rozlišení jejich různých morfologických komponent
- charakterizovat prostorové rozložení galaxií a jejich kinematiku v pozorovatelném vesmíru
- popsat obecné vlastnosti gravitačních polí galaxií a uvést nejběžnější příklady sféricky a osově symetrických modelů gravitačních potenciálů
- popsat pohyby hvězd a plynu v diskových a eliptických galaxiích pomocí tvaru jejich trajektorií, orbitálních frekvencí, integrálů pohybu, tenzoru disperze rychlostí a řešení pohybových rovnic při použití výše uvedených modelových potenciálů
Osnova
  • 1. Úvod: galaxie v obrazech (fotografický přehled diverzity galaxií); kosmologický kontext: galaxie v expandujícím vesmíru; lokální versus vzdálené galaxie; základní charakteristiky galaxií (hmotnosti, rozměry, luminozita)
  • 2. Historie objevu mlhovin a galaxií - část I: Mléčná dráha - prvotní pozorování a hypotézy (Galileo Galilei, Immanuel Kant, Thomas Wright, William Herschel); katalogizace mlhovin/hvězdokup: Messierův katalog, Herschellův Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars; General Catalogue; New General Catalog, Index Catalogues; počátky astrofotografie mlhovin a galaxií; objev spirálních mlhovin (lord Rosse a dalekohled Leviathan - spirální mlhoviny M51 a M99)
  • 3. Historie objevu mlhovin a galaxií - část II: ,,Velká debata" 1920-1924 (Harlow Shapley vs Heber Curtis - hypotéza ,,Velké Galaxie"/hypotéza ,,ostrovních vesmírů"); prostorové rozložení kulových hvězdokup; P-L relace pro Cepheidy (Henrietta Leavitt); Hubbleův objev Cepheid v M31 / určení vzdálenosti M31 / potvrzení hypotézy galaxií jakožto extragalaktických ,,ostrovních vesmírů"
  • 4. Klasifikace galaxií: Hubbleova posloupnost, de Vaucouleursova klasifikace, moderní morfologické/fotometrické/kinematické klasifikace
  • 5. Morfologické složky galaxií: bulge/pseudo-bulge, disk (tenký disk/silný disk), příčka, hvězdné halo, spirální ramena, prstence, hvězdokupy, slupky, halo temné hmoty; plynné struktury
  • 6. Hmotnostní, rozměrové a fotometrické charakteristiky galaxií: globální charakteristiky (hmotnost, rozměrové škály, luminozita, barevné indexy); radiální a vertikální průběhy plošné jasnosti a plošné hustoty (exponenciální profil, Gaussův profil, profil sech^2, de Vaucouleursův profil, Sersicův profil, NFW profil)
  • 7. Plynná složka galaxií: základní charakteristiky (teplota/hustota/chemické složení) a rozložení atomárního, molekulárního a ionizovaného plynu v galaxiích; plynné disky, plynná mračna, plynné halo
  • 8. Mléčná dráha - naše Galaxie
  • 9. Skupiny, kupy a nadkupy galaxií; Místní skupina galaxií; Virgo cluster a Virgo supercluster; Laniakea supercluster
  • 10. Počet a hustota galaxií v pozorovatelném vesmíru, luminozitní a hmotnostní funkce galaxií; nejméně a nejvíce hmotné galaxie
  • 11. Úvod do kinematiky galaxií: trajektorie hvězd a plynu v diskových, eliptických a trpasličích galaxiích; orbitální frekvence; rotace galaxií, rotační křivka
  • 12. Rychlostní rozdělení hvězd: tenzor disperze rychlostí, anizotropie rychlostí
  • 13. Úvod do galaktické dynamiky: gravitační potenciál galaxií; Poissonova rovnice, jednoduché modelové páry potenciál-hustota (logaritmický potenciál, Plummerova sféra); Newtonovy teorémy; kruhová a úniková rychlost; sférické, osově symetrické and tříosé potenciály; integrály pohybu (energie, moment hybnosti)
  • 14. Epicyklická aproximace, epicyklická frekvence, orbitální rozeta
  • 15. Pohyby hvězd kolmo na galaktickou rovinu; vertikální frekvence
Literatura
    doporučená literatura
  • BINNEY, James a Michael MERRIFIELD. Galactic astronomy. Princeton: Princeton University Press, 1998, 796 s. ISBN 0-691-02565-7. info
  • BINNEY, James a Scott TREMAINE. Galactic dynamics. 2nd ed. Princeton: Princeton University Press, 2008, xvi, 885. ISBN 9780691130279. info
Výukové metody
teoretická příprava
Metody hodnocení
typ výuky: přednášky, diskuse, cvičení
hodnocení: 2 písemné testy během semestru + závěrečná ústní zkouška
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
S.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2012, podzim 2014, podzim 2016, podzim 2018, podzim 2020, podzim 2024.