GALAKSER E2014
Ugeseddel 3
Ugerne 25/11—4/12:
Kursets webside er:
http://astro.phys.au.dk/~hans/galakser
Forelæsninger:
Forelæsningen tirsdag den 25/11 og torsdag den 27/11 er aflyst på grund af tjenesterejse.
Tirsdag d. 2/12 kl. 9:15-11 i iNANO auditorium (1593-012A) forelæser jeg ud fra afsnit 3.8 om
galakser som gravitationslinser. Mens I læser igennem stoffet her kan I overveje: Hvordan
adskiller lensing pga. galakser sig fra lensing pga. punktkilder? Hvordan spiller massefordelingen
af linsegalaksen ind? Hvordan ser den slags lensingevents ud i virkeligheden? Hvad kan lensing
pga. galakser anvendes til?
Torsdag d. 4/12 kl. 9:15-11 i Auditorium D4 (1531-219) forelæser jeg over Kapitel 5 (5-5.3+5.5)
om aktive galaksekerner. Mens I læser igennem stoffet her kan I overveje: Hvad adskiller aktive
galakser fra normale galakser? Hvad er en quasar, og hvordan ser spektret fra sådan en ud?
Hvilke andre typer af aktive galakser findes der, og hvad er deres karakteristika? Hvilken
betydning for en aktiv galakse har det centrale sorte hul? Hvilken betydning har skiven omkring
det sorte hul? Kan stråling i en jet fra en aktiv galaksekerne bevæge sig hurtigere end lyset? Er
der en øvre grænse for luminositeten for en aktiv galakse? Kan vi beskrive alle aktive galakser ud
fra en overordnet model?
Teoretiske øvelser:
Torsdag d. 27/11 kl. 11:15-14 i Kollokvium G3 (1532-218) besvarer/løser vi følgende
spørgsmål/opgaver:

Kan vi argumentere for, at boxy galakser har en større radioluminositet end disky, hvis
radioluminositeten skyldes aktivitet i kernen?

NGC 2639 er en Sa spiralgalakse med en målt maksimal rotationshastighed på 324 km/s
og en tilsyneladende størrelsesklasse på B=12.22 mag (vi har korrigeret for extinktion).
o Tully-Fisher relationen for Sa galakser kan skrives som
log
. Estimer galaksens absolutte størrelsesklasse i Bbåndet.
o Bestem afstanden til galaksen
o
o
o
o
Hvor langt fra centrum af galaksen er det opfyldt, at overfladelysstyrken er 25 Bmag arcsec2? Svaret kalder vi R25.
Bestem massen inden for R25.
Hvad er galaksens luminositet i B-båndet.
Udregn masse-lysstyrkeforholdet for NGC 2639 i B-båndet inden for R25.

Isofoternes form i elliptiske galakser kan beskrives ved hjælp af en Fourierrække
( )
,
hvor angiver vinklen til storaksen, ( ) angiver afstanden fra centrum og
.
o Find et generelt udtryk for som en funktion af samt ellipticiteten . Antag
at
(det samme gælder for alle højere-ordens led).
o Lav et plot af ( ) i polære koordinater for en E4 galakse med
kpc og
bestemt ud fra udtrykket i a).
o Lav et plot af den samme E4 galakse men med
.
o Lav et plot af den samme E4 galakse men med
.
o Kommenter på formen af de sidste to plots. Hvilken ser mest firkantet ud, og
hvilken ser mest skiveformet ud?

Gennemgå udledningen af Tully-Fisher-relationen og vis at den til en god approximation
kan skrives som
,
hvor er absolut størrelsklasse og
er den maksimale rotationshastighed. Hvilke
antagelser i udledningen er der primært grund til at være skeptisk over for?

Den centrale ring af gas produceret af SN1987A vist i figur 3.29 gav en unik mulighed for
at estimere afstanden til Den Store Magellanske Sky (LMC). Supernovaen opvarmede
ringen, hvilket fik den til at gløde. Ringen, som har en vinkeldiameter på 1.66” på den
lange led, er antageligvis cirkulær, men er tiltet set fra Jorden.
o Mål geometrien på figuren (med en lineal) og estimer derfra vinklen mellem
ringens plan og synslinjen.
o Lys fra den fjerne side af ringen blev modtaget 340 dage efter lys fra den
nærmeste del af ringen. Brug tidsforskellen til at estimere den fysiske diameter
af ringen.
o Brug trigonometri til at bestemme afstanden til LMC. Er resultatet konsistent
med resultatet i teksten (51.8 kpc)?
Desuden laver vi matrix-holdundervisning med følgende fire/fem diskussionsemner


Det centrale sorte hul: 2.6.3-2.6.6
o Hvilke beviser har vi for, at der skulle ligge et sort hul I Mælkevejens centrum?
Er der alternative løsninger?
o Hvordan bestemmer vi massen af det sorte hul?
o Hvordan kan man accelerere stjerner op til hastigheder på fx 600 km/s – og
hvad har det med Mælkevejens centrum at gøre?
Elliptiske galakser: Afsnit 3.2
o Redegør for de forskellige typer af elliptiske og deres komposition
o Hvorfor er elliptiske galakser elliptiske?
o Hvad er forskellen på en boxy og disky elliptisk galakse?

Spiralgalakser: Afsnit 3.3
o Hvad adskiller de forskellige typer af spiralgalakser?
o Hvordan finder vi evidens for mørkt stof i spiralgalakser?
o Hvordan ser en spiralgalakse ud i hhv. blåt og rødt lys? Brug fx figur 3.17.
o Hvor kommer spiralstrukturen fra?

Skalarelationer + Extragalaktisk afstandsbestemmelse: Afsnit 3.4+3.6
o Hvilke skalarelationer findes, og hvad kan de bruges til?
o Hvilke antagelser må vi gøre for at verificere Tully-Fisher og Faber-Jackson
relationen?
o Hvad er en afstandsstige, og hvorfor er afstanden til LMC specielt vigtig?
o Hvilke metoder bruger vi til afstandsbestemmelse længere ude end LMC hvorfor bruger vi ikke bare Hubbleloven?

Sorte huller i centrum af galakser: Afsnit 3.5
o Hvordan finder vi supermassive sorte huller i centrum af andre galakser end
Mælkevejen?
o Gennemgå de forskellige eksempler på sorte huller i andre galakser i figur 3.243.27.
o Hvilke korrelationer eksisterer mellem massen af det sorte hul og
værtsgalaksens egenskaber? Kan vi forklare dem?
Torsdag d. 4/12 kl. 11:15-14 i Kollokvium G3 (1532-218) besvarer/løser vi følgende
spørgsmål/opgaver. Jeg ved godt at de sidste opgaver omhandler stof jeg først gennemgår til
forelæsningen umiddelbart inden forelæsningerne.

Betragt en kilde som værende et kort tyndt
(
)
udsnit af en ring
i vinkelafstanden
fra origo – se illustration.
Bemærk, at vi ser på figuren ovenfra, ligesom i
figur 3.35 (NB. x-aksen på figur 3.35 er  og
ikke -α.).
a) Demonstrer ud fra figuren til højre, at
linsen (som er aksesymmetrisk) afbilleder
kilden som et nyt udsnit af en ring
(
)
i vinkelafstanden
fra
origo.
b) Vis at forstørrelsen dermed bliver
|(
)
|.

Diskuter løsningerne til linseligningen formel 3.62 for en isoterm kugle og vis, at
forstørrelsen er givet ved formel 3.65.

Udled formel 3.66 for massen inden for en Einsteinring og bestem massen inden for
Einsteinringen med radius
i figur 3.40, idet kilden (quasar) befinder sig i
og linsen i
. Hint: Quasaren fjerner sig med en relativistisk
hastighed, så der gælder
√

I afsnit 5.3.2 så vi på samling af stof i en skive omkring det supermassive sorte hul. Brug
formel 5.11 til at finde et udtryk for den totale luminositet af en accretion disk, idet vi
antager ̇
. Bestem dernæst hvor effektivt den indfaldende masse bliver
omdannet til energi (i form af den netop fundne luminositet ovenfor) for en skive
). Gentag for et maksimalt roterende
omkring et ikke-roterende sort hul (
sort hul (
).
Desuden laver vi matrix-holdundervisning med følgende fire diskussionsemner (inddrag evt.
opgaverne I lige har løst):

Lensing af galakser: Afsnit 3.8-3.8.2
o Hvordan adskiller lensing pga. galakser sig fra lensing pga. punktkilder?
o Hvilke antagelser skal der til for at nå til formel 3.47?
o Hvad dækker begrebet overflademassetæthed over?
o Hvad er forskellen på en stærk og en svag linse?
o Hvad er fysikken bag figur 3.35?

Lensing af galakser: Afsnit 3.8.3-3.8.4
o Hvad er fysikken bag figur 3.36?
o Hvordan kan man bruge lensing til at estimere massen af en galakse – inddrag
gerne figurerne fra afsnittet?
o Er der andre anvendelser af lensing?

Aktive galakser - introduktion: Afsnit 5-5.2
o Hvad adskiller aktive galakser fra normale galakser?
o Hvad er en quasar og hvordan ser spektret fra sådan en ud?
o Gennemgå morfologien af en typisk radiogalakse vha. figur 5.5.
o Hvilke andre typer af aktive galakser findes der, og hvad er deres karakteristika?

Det centrale sorte hul i AGN: Afsnit 5.3-5.3.2
o Hvilken betydning for en aktiv galakse har det centrale sorte hul? Er det muligt,
at stråling produceret i AGN, kunne stamme fra fusion?
o Hvilken sker der i skiven omkring det sorte hul?
o Hvilken type stråling udsendes fra skiven?
Hans Kjeldsen ([email protected], kontor: 1520-527)