18.11.2010
Keskeiset Käsitteet:
Linnunradan rakenne ja Auringon liike
Tähtipopulaatiot
Galaksien luokittelu
1
Tähtitieteen peruskurssi
2
1
18.11.2010
Linnunrata
Tähtijärjestelmä; johon Aurinkokin kuuluu. Linnunrata on
tyypillinen galaksi, johon kuuluu noin sata miljardia tähteä.
Spiraaligalaksi; mikä on litteä kiekko, jonka tiheistä
keskiosista lähtevät kierteishaarat ojentuvat kohti reunoja.
Tähtienvälinen aine; siitä juuri syntyneet nuoret tähdet ja
niiden muodostamat avoimet joukot keskittyvät Linnunradan
tasoon. Linnunradan ympärillä kiertää pallomaisia joukkoja
hyvin soikeilla radoilla.
2
18.11.2010
Tähtitieteen peruskurssi
5
3
18.11.2010
Linnunrata
keskellä kirkas ja pyöreä
keskuspullistuma
spiraalihaarat
ympärillä laaja vanhoista tähdistä ja
pimeästä aineesta koostuva “halo”
Aurinko sijaitsee Linnunradan
laitamilla yhdessä sen kierteishaaroista
(Orionin haara). Linnunradan keskus on
Jousimiehen suunnassa noin 26000
valovuoden etäisyydellä.
Linnunradan spiraalihaaroja
läpimitta 100 000 vv
paksuus 1000 vv
massa 5.8 × 1011 M☉ (~ 1011
tähteä)
nopeus mikroaaltotaustaan
nähden 552 km/s
Auringon etäisyys keskustasta
26,000 ± 1,400 vv
Aurinkokunnan kiertoaika 220
My
Vanhin tähti HE 1523-0901
13.2 miljardia vuotta vanha.
Yleinen nimi
Norma
Kilven-Kentaurin haara
Toinen nimi
3 kpc:n haara
Scutum-Crux
Centaurus
Sagittarius
Sagittarius-Carina
Orion
Paikallinen haara
Perseus
-
Cygnus
Ulompi haara
4
18.11.2010
Kaasu ja kirkkaat
nuoret tähdet ovat
keskittyneet
linnunradan tasoon!
Auringon ympäristö 1500 valovuoden etäsyydellä
5
18.11.2010
Tästä zoomattu 400 pc:n alue:
Aurinkokuntamme sijaitsee epätavallisen tyhjällä alueella nk. paikallinen kupla, minkä alueella
tähtien välisen aineen tiheys on poikkeuksellisen pieni. Todennäköisesti tämä on seurausta
historiassa tapahtuneesta läheisestä supernova räjähdyksestä.
Linnunradan tähtipopulaatiot
Nuoria tähtiä kutsutaan populaatio I:n tähdiksi. Niissä
on aikaisempien tähtien fuusioreaktioissa syntyneitä
heliumia raskaampia alkuaineita jopa 2-4 %. Niillä sanotaan
olevan korkea ”metallisuus”. Ne liikkuvat lähes kiekon
tasossa, koska ne ovat syntyneet tiivistymisen edettyä
pitkälle.
Vanhoja, yli 10 miljardia vuotta vanhoja tähtiä kutsutaan
populaatio II:n tähdiksi. Ne ovat syntyneet vaiheessa, jossa
lähes kaikki aine oli vetyä ja heliumia; raskaampien
alkuaineiden osuus on alle 0.5 % eli niiden metallisuus on
alhainen. Näiden tähtien radat ovat satunnaisissa asennoissa
kiekon tasoon nähden. Kiekon ulkopuolella olevat
pallomaiset tähtijoukot koostuvat tyypillisesti populaatio II:n
tähdistä.
6
18.11.2010
Tähtien radat
Tähtitieteen peruskurssi
13
Linnunradan keskusta
Linnunradan keskus on Jousimiehen tähdistössä. Siellä on
musta aukko, jonka massa on noin 4 miljoonaa Auringon
massaa.
7
18.11.2010
28:n tähden rata määritetty
(v. 1992-2008)
Suurin nopeus 5000 km/s
Mustan aukon massa
määritetään radoista
Keplerin 3. lain avulla
Linnunradan muu aine
Pöly koostuu 0,1 - 1 mikrometrin läpimittaisista hiukkasista, jotka voivat olla mm.
hiiltä, jäätä tai molekyyliyhdisteitä.
Kaasusta valtaosa on vetyä, osa heliumia ja noin luokkaa tuhannesosa muita
aineita kuten hiiltä, typpeä, happea, neonia ja rikkiä.
Molekyyliyhdisteitäkin on mukana, kuten vettä, etanolia ja jopa aminohappoja.
Kaasu ja pöly muodostavat sumuiksi tai pilviksi sanottuja saarekkeita. Niissäkin
aine on hyvin harvaa. Kuutiossa, jonka särmät ovat 100 km pitkät, on ainetta noin
gramma.
Sumu voi olla valaiseva tai pimeä. Valaisevan sumun sisällä tai lähellä on kuumia
tähtiä, joiden ultraviolettisäteily saa sumun aineen loistamaan niin kuin aineen,
jota on loisteputken sisäpinnalla. Pimeät sumut peittävät takaa tulevan tähtien tai
sumujen valon ja tulevat siten näkyviin. Massiiviset kaasu- ja pölypilvet ovat
uusien tähtien syntypaikkoja.
Linnunrataa ympäröivän pimeän aineen metsästys on eräs nykyfysiikan keskeisiä
ongelmia, jonka ratkaisua etsitään eksoottisista hiukkasista.
8
18.11.2010
Lähigalakseja
Linnunradan naapurigalakseja ovat eteläisen taivaan
Magellanin pilvet. Ne näkyvät paljain silmin, mutta eivät
Suomesta.
Suomessakin näkyvissä on Andromedan galaksi M31,
joka hyvissä oloissa erottuu paljain silmin himmeänä
utuläiskänä. Se on hyvin samanlainen galaksi kuin oma
Linnunratamme.
(komeetta)
17
Koko taivaalla n. 3 astetta, vrt kuu n. 0.5 astetta!
9
18.11.2010
Linnunrata on vain yksi miljardeista galakseista.
Galaksit muodostavat ryhmiä tai joukkoja, joiden
läpimitta on kymmeniä miljoonia valovuosia, sekä
superjoukkoja, joiden halkaisija on satoja miljoonia
valovuosia ja edelleen vielä suurempia rakenteita.
Galaksit ja joukot etääntyvät toisistaan, kun
maailmankaikkeus laajenee. Tämän tutkimiseen
liittyvät kosmologian keskeiset käsitteet punasiirtymä
ja Hubblen laki.
Hubblen galaksiluokittelu
Edwin Hubble esitti vuonna 1926 galaksien luokittelua, joka perustuu niiden
ulkomuotoon.
Keskus pienenee
Spiraalit avoimempia
Kaasua, pölyä, nuoria tähtiä
Ei kaasua, ei pölyä
10
18.11.2010
M32 - E2
NGC 4125
M87 - E1
M51
M104
M81
11
18.11.2010
NGC 1097
NGC 4123
NGC 4477
M91
12
18.11.2010
13
18.11.2010
Tähtitieteen peruskurssi
27
•Varsinaiseen Hubblen luokitteluun voidaan vielä
laskea epäsäännöllisten galaksien luokat Irr I ja Irr II,
joiden galaksit ovat pieniä. Pieniä ja himmeitä
galakseja ovat myös kääpiöellipsit dE, joissa
tähtitiheys on paljon pienempi kuin normaalissa Egalaksissa.
14
18.11.2010
15
18.11.2010
Aktiiviset galaksit
Useimmissa galakseissa ei tapahdu merkittäviä muutoksia pitkinäkään
ajanjaksoina. Poikkeuksena ns. aktiiviset galaksit, joiden keskus on hyvin
kirkas ja kirkkaudessa tapahtuu nopeitakin muutoksia. Aktiiviset galaksit
voivat olla sekä kierre- että ellipsigalakseja.
Seyfertin galaksit ovat aktiivisia kierregalakseja. Niiden keskus yhtä
kirkas kuin koko muu galaksi. Nopeat kirkkausvaihtelut osoittavat, että
kirkas alue on hyvin pieni.
Radiogalaksit ovat elliptisiä aktiivisia galakseja. Itse galaksi näkyy lähes
pistemäisenä radiosäteilijänä ja usein sen molemmin puolin on voimakkaat
radiosäteilyn siivet (jopa 20 Mvv leveät). Siivistä tulee synkrotronisäteilyä eli
niissä on hyvin nopeita elektroneja. Radio suihkua pidetään merkkinä
mustasta aukosta galaksin keskellä.
Koska aktiivisten galaksien säteily tulee pieneltä alueelta, puhutaan usein
aktiivisista galaksiytimistä (AGN). Tähän luokkaan kuuluu useita
erityyppisiä galakseja, joilla kaikilla on supermassiivinen musta aukko
galaksin keskustassa.
Suihku M87 galaksissa
16
18.11.2010
Centaurus A
Tähtitieteen peruskurssi
33
Kvasaarit
Aktiivisten galaksien voimakkain muoto
ovat kvasaarit. Niiden kirkkain loiste
tulee valopäivän kokoiselta alueelta (koska
kirkkaus voi vaihdella päivän
aikaskaalassa). Kirkkaus vastaa satojentuhansien galaksien kirkkautta.
Ovat hyvin etäällä, syntyneet n. miljardi
vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Spektri
voimakkaasti punasiirtynyt.
Nykyisin uskotaan, että kvasaarien
kirkkaus johtuu valtavan mustan aukon
ympärille muodostuneesta
kertymäkiekosta.
Supermassiivinen musta-aukko
17
18.11.2010
Galaksijoukot
Galaksit eivät ole jaklautuneet tasaisesti avaruuteen vaan esiintyvät
galaksiryhminä (suhteellisen vähän jäseniä) tai galaksijoukkoina
(paljon jäseniä).
Linnunrata kuuluu paikalliseen ryhmään. Siinä kolme suurta
galaksia (Linnunrata, Andromedan galaksi M31, Kolmion galaksi M33) ja
kullakin näistä kymmenkunta pienempää seuralaista (Linnunradalla
Suuri ja Pieni Magellanin pilvi sekä kääpiöellipsejä). Läpimitta n 10 Mly.
Lähimmät suuret galaksijoukot ovat Neitsyen tähdistössä (esim Virgon
joukko) ja Bereniken hiusten tähdistössä (esim Coman joukko, jossa
tuhansia galakseja).
Galaksijoukot muodostavat puolestaan superjoukkoja. Paikallinen
ryhmä kuuluu Neitsyen superjoukkoon.
Superjoukot ovat järjestyneet filamenteiksi, vaahtomaiseksi
kokonaisuudeksi.
18
18.11.2010
Tähtitieteen peruskurssi
38
19
18.11.2010
Tähtitieteen peruskurssi
39
Gravitaatiolinssi
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massa muuttaa valon
suuntaa ja tämä voi aiheuttaa linssiä vastaavan ilmiön
galaksiavaruudessa.
Massiivisen kohteen takana olevan galaksin kuva voi taivaalla
näyttää esim. kahdelta tai neljältä galaksilta tai galaksi voi
venyä kaaren muotoiseksi. Täydellisessä tapauksessa kuva
muodostaa Einsteinin renkaan kohteen ympärille.
Gravitaatiolinssihavainnot antavat tärkeää tietoa pimeän
aineen jakautumisesta linssi-ilmiön aiheuttavan galaksin
ympärillä.
20
18.11.2010
21
18.11.2010
22