Spiraal- en S0 stelsels

1. Spiraal- en S0 stelsels

2. Classificatie (Hubble) • Classificatie criteria: • - Hoe prominent is de bulge ? • zeer prominent  Sa of S0 • minder belangrijk  Sb of Sc • bijna afwezig  Sd of Sm • Disk (spiral) galaxies : • - Meeste kinetische energie in rotatie

3. Eigenschappen spiraalstelsels De meeste giant disk galaxies (LB > 6 x 109 Lo) zijn samengestelde (composite ) systemen: - Metaal-arme halo - Bulge (prominent, minder belangrijk, afwezig) bulge heeft grote sterdichtheid (1000 pc-3) en bevat maar weinig gas - Schijf - Spiraalarmen plus eventueel een balk (bar)

4. S0 stelsels S0 stelsel heeft zeer prominente bulge maar heeft bijna geen schijf: wellicht is al het gas in de schijf inmiddels in sterren omgezet S0 stelsels worden ook wel lenticulars genoemd. M 102

5. Sa stelsels M 104 LV = 8x108 Lo D = 10 Mpc Grote bulge Bolclusters

6. Later-type spiraalstelsels NGC 7331 Sb stelsel in Pegasus

8. M 51 Sc in Can Ven

9. M 51 (Sc) central regions (HST)

10. M 81 (Sb) Bode’s galaxy

11. M99 (Sc) NGC 4656 (edge-on Sbc) M100 (Sc)

12. M101 (Pinwheel galaxy) (Sc) H toont stervormingsgebieden

13. De kleur van een stelsel • Licht van spiraalstelsels wordt gedomineerd door • de helderste sterren. • Voor actieve stervormende stelsels: blauwe hoofd- • reeks sterren • Voor inactieve stelsels: K-reuzen (wegevoluerende sterren)

14. Hertzsprung-Russell diagram

15. K-correctie De kleur die wij waarnemen is afhankelijk van de roodverschuiving van het stelsel. νe = (1+z) νo ; λe = λo/ (1+z) m.a.w: wat wij zien was blauwer toen het uitgezonden werd. z=1 z=0

16. K-correctie Om hiervoor te corrigeren moet je de K-correctie toepassen (vernoemd naar de K-band). Om van band X naar band Y te gaan: mX = MY + DM + KXY, met DM de afstandsmodulus, DM = 5 log10 [ DL/10 pc] en DL = lichtkrachtafstand: DL = √(L/4π S), met S de bolometrische flux en L de bolometrische lichtkracht.

17. K-correctie Maar om KXY te kunnen uitrekenen moeten we het spectrum van ons sterrenstelsels over alle golflengten kennen. Dit is vaak slecht bekend! λ0 = 24 μ λe = 1μ z=0; midIR λe = 0.1μ z=23 z= 239

18. Helderheidsverdeling spiraalstelsel waarbij hRde schaal lengte is van het stelsel (1 – 10 kpc); de exponentiele vorm geeft aan dat de helderheids verdeling bepaald wordt door de dichtheidsverdeling van de sterren (zie begrip schaalhoogte).

20. Bulge to disk ratio  • Met behulp van fit • aan bulge en schijf • kan de verhouding • bepaald worden, gebruik makend van eerder vermelde formules die de helderheidsverdeling beschrijven.

21. Hyperfijn overgang in het H-atoom Totale massa wordt mede bepaald door hoeveelheid neutraal en moleculair waterstof gas: Hen H2 neutraal waterstof gas nemen we waar in het radio-gebied: de hyperfijn over gang van het waterstof atoom. anti-parallel parallel

22. Hyperfijn overgang in het H-atoom Deze overgang is hoogst verboden. Voor een enkel atoom is overgangswaarschijnlijkheid 2.9x10-15 s-1 (eens in de 10 miljoen jaar…), maar als je er maar genoeg van hebt krijg je toch signaal. λ0 = 21 cm, of ν0 = 1.4204058 GHz. (vd Hulst 1944) anti-parallel parallel

23. Hyperfijn overgang in het H-atoom

24. H-schijf veel groter dan optisch

25. H-schijf veel groter dan optisch

26. H-schijf veel groter dan optisch NGC 5055

27. H-schijf veel groter dan optisch NGC 6946

28. Rotatiecurve spiraalstelsel Melkweg  meer massa nodig om rotatie te verklaren

30. Tully-Fisher relatie

31. Tully-Fisher relatie Gebruik makend van de vergelijking (snelheid ~ constant) en verwaarlozing van de bulge kun je laten zien dat Gegeven de helderheidsverdeling en aannemend dat M/L en I0 constant zijn, volgt

33. Spectra van spiraalstelsels Starburst Sc Sb S0

34. Balkspiralen NGC 7479 (SBb) in Peg M58 (SBc) in Virgo

35. Spiraalarmen & bars • Oorzaak spiraalpatroon niet duidelijk • Spiraalarmen “volgen” rotatie sterren • Aantal mogelijke verklaringen • 1: Self-propagating star formation • Door supernova worden nieuwe sterren • gemaakt, die weer ontploffen en nieuwe sterren • maken etc. Differentiele rotatie trekt stervormings- • gebied uit elkaar.

36. jonge sterren differentiele rotatie Stof

37. Theorie van spiralen • 2: kinematische spiraal: R = Rg + X cos(κt+ φ) - Eccentriciteit van banen vormt een spiraal structuur. Patroon roteert met patroon snelheid Ωp < Ωs

38. Theorie van spiralen • 3: dichtheids golf theorie Spiraal patroon wordt versterkt door resonantie interactie met passerende sterren en wolken. Versterking vindt plaats als Ω- κ/m < Ωp < Ω + κ/m , de Lindblad resonanties. met κ epicycle frequentie en m de order van de spiraal

39. Overleven van spiralen • Spiralen kunnen alleen overleven als de random bewegingen van sterren klein zijn. M.a.w. in een kinematisch ‘koude’ schijf. Anders gaat het patroon verloren. • Opzetten van spirals vaak door getijde interactie met nabuur stelsel.

40. NGC 1300: afstand 75 miljoen lichtjaar (HST) diameter = 15.000 lj

41. Groepen en interacties NGC 80 groep in Andromeda NGC 4631 (Sc) Herring/Whale NGC 4567 & NGC 4568 Siamese twins in Virgo

42. AM 0644+741 Ring rond stelsel na interactie 300 miljoen lj

43. Tadpole galaxy

44. Stephan’s quintet in Pegasus

45. Bulge & Groepen • Oppervlaktehelderheidsverdeling bulge : • (formule van Sersic) • Voor n = 1  exponentiele wet spiraalstelsel • n = 4  de Vaucouleurs wet voor elliptische stelsels • Kern van spiraalstelsel bevat zwart gat • Sommige stelsels vertonen een central starburst • De meeste melkwegstelsels komen in groepen en clusters • voor (doorsnede ~ 1 Mpc). Clusters zijn de dichtste en • rijkste structuren (> 50 heldere stelsels; groepen zijn • lossere associaties.