09 第六章 星系2.pptx

第1页：6.4星系的距离与形成

6.4星系的距离a)造父变星的方法:使用周期-光度关系对经典造父:测量造父变星的周期→找到其光度→比较视星等→找到它的距离b) Ia型超新星(双星系统中一个白矮星吸积的崩溃):Ia型超新星有众所周知的标准光度→与视星等相比→得到距离这两种都是标准烛光方法:知道绝度星等(光度)→对比视亮度→得到距离

第2页：视差法测距

造父变星造父变星因典型星仙王座δ而得名。

仙王座δ星最亮时为3.7星等，最暗时只有4.4星等，这种变化很有规律，周期为5天8小时47分28秒。

这称作光变周期。

造父变星具有的光变周期和绝对星等之间的关系-——周光关系。

第3页：标准烛光

周光关系1940年代，美国工作的德国天文学家巴德发现，造父变星分为两类，星族Ⅰ经典造父变星，绝对星等与M光变周期P的关系为：M =-1.43-2.81lgP星族Ⅱ的短周期造父变星（又称室女W型变星）：M =-0.35-1.75lgP可以通过造父变星的光变周期求得绝对星等。

第4页：造父变星与周光关系

造父变星（Cepheid）的距离测量1.测量光变周期2.利用周光关系可以从光变周期P推算绝对星等M3.视星等m则可直接测量4.距离r便可由公式lg r = (m-M + 5-A) / 5算得。

lg r = (m-M + 5-A) / 5于是距离r便可求出。

第5页：最亮恒星法

最远的星系Cluster of galaxies at ~ 4 to 6 billion light years在非常大的距离,只有星系的总体特征可以用来估计他们的光度→距离.

第6页：超新星测距

到其他星系距离的测量:哈勃定律（The Hubble Law）E. Hubble (1929):哈勃发现河外星系视向退行速度vr与距离d成正比，即距离越远，视向速度越大。vr= H0*dH0≈70 km/s/Mpc is the哈勃常数

• 通过多普勒效应测量vr，然后推导出距离。

第7页：星系的红移与退行速度

红移

第8页：哈勃定律

哈勃(Edwin P. Hubble)（1889～1953）http://baike.baidu.com/link?url=GPTCUoWlfXlpJqeGof-870tDnq-ocDqiZgTJeG4WDccZD-hCVBn1n1_-xf_bAbYB哈勃对20世纪天文系作出许多贡献，被尊为一代宗师。其中最重大者有二：

• 一是确认星系是与银河系相当的恒星系统，开创了星系天文学，建立了大尺度宇宙的新概念；
• 二是发现了星系的红移-距离关系，促使现代宇宙学的诞生。美国天文学家

第9页：哈勃常数

银河系外距离尺度

• 许多星系通常距离我们的星系数百万或数十亿秒差距。
• 常用的距离单位:百万秒差距（Mpc）= Megaparsec= 1 million parsec十亿秒差距（Gpc）= Gigaparsec= 1 billion parsec
• 数百万或数十亿年的“回溯时代”1秒差距=3.2616光年=206265天文单位=308568亿公里

第10页：宇宙膨胀

6.5星系的大小和光度截然不同的大小和光度:从小型、低光度不规则星系(比银河系更小和更低的光度)到巨型椭圆星系和大型螺旋,几倍银河系的大小和光度。

第11页：红移与距离的关系

星系旋转曲线观测横过星系的频率谱线从整个星系谱线的蓝、红移→推出旋转的速度转动速度与距银河系中心距离的图示:旋转曲线。

第12页：类星体的红移

6.5星系的质量依据旋转曲线，应用开普勒第三定律（Kepler’s 3rdlaw）可以推导出星系的质量

第13页：宇宙学红移

星系的质量和其他属性

第14页：视向速度测量

超大质量黑洞通过测量星系中心附近恒星的速度：推出中心的质量→中央黑洞!几百万,超过十亿个太阳质量!→超大质量黑洞

第15页：多普勒效应

暗物质

• 架构可见物质：
• 恒星,
• 星云,
• 尘埃,…等等,我们发现大多数物质是不可见的!
• 这些暗物质的本质目前还不能被理解。
• 一些想法:棕矮星,小黑洞,奇异的基本粒子。

第16页：谱线红移的测量

6.6星系群星系通常不是孤立存在的,而是形成了较大的星系群。

富星群:1,000或更多星直径~ 3Mpc,凝聚在一个大型中央星系贫星群:小于1,000星系(经常只有几个),直径只有几Mpc,一般不凝聚向中心

第17页：星系的光谱特征

星系群中热气体星系之间的空间不是空的,而是充满了热气体(在x射线可观察到)这种气体仍受引力束缚提供更进一步的证据表明暗物质存在。

昏迷（Coma）星系团Visible lightX-rays

第18页：吸收线光谱

我们的星系群:本地组银河系（Milky Way）仙女座星系（Andromeda galaxy）小麦哲伦星系（Small Magellanic Cloud）大麦哲伦星系（Large Magellanic Cloud）

第19页：发射线光谱

邻近星系一些本地组的星系很难观测到,因为从我们的视线观测它们位于我们银河系的中心的背后。

Spiral Galaxy Dwingeloo 1

第20页：星系的化学组成

相互作用的星系Cartwheel Galaxy尤其是在富星团，星系可以碰撞和相互作用。

星系碰撞可以产生潮汐尾。

经常触发活跃的恒星形成:星爆星系NGC 4038/4039星系环和

第21页：星系的恒星组成

潮汐尾有潮汐尾的星系相互作用例子。

“老鼠”计算机模拟产生类似的结构。

第22页：星系的年龄

模拟星系相互作用数值模拟星系相互作用在重现潮汐作用像桥梁、潮汐尾和星系环是非常成功的。

第23页：星团年龄测定

星系合并NGC 7252:恒可能是十亿年前两个星系合并的结果。

中心处小星系遗迹在反向旋转。

M 64射电图像:中心区域反向旋转!巨椭圆星系中多个星核。

第24页：星系的演化

星系相食

• 大与小星系的碰撞往往导致完整的破坏较小的星系。
• 小星系被较大的一个“吞下”.
• 这个过程称为“星系相食”。NGC 5194

第25页：星系的形成

星爆星系星爆星系通常具有非常丰富的气体和尘埃,在红外波段表现明亮。

超亮红外星系M 82Cocoon Galaxy

第26页：原初气体云

大尺度结构超星系团=星系团的集合广阔的区域空间完全是空的:“空隙”超星系团出现沿墙排列和细丝。

第27页：星系形成的坍缩模型

最远的星系通过望远镜看到的最遥远的星系是宇宙只有~ 10亿岁的星系。

第28页：等级成团模型

6.7活动星系其星系核中伴随剧烈能量释放的星系。

→“活动星系核”(= AGN)比整个银河系还要亮几千倍;能量在一个和我们太阳系相仿的区域释放!

第29页：暗物质晕

星系的光谱从一个普通的星系获取的光谱:星系的光应该主要是星光,因此应该包含许多从单个恒星光谱吸收线。

第30页：冷暗物质模型

西佛（Seyfert）星系NGC 1566Circinus Galaxy不寻常的旋涡星系:

• 非常亮的核
• 辐射线光谱.
• 变化: ~ 50 %在几个月内最有可能的能量源:吸积成一个超大质量黑洞(~10⁷–10⁸Msun)

第31页：星系并合与吸积

相互作用的星系Seyfert galaxy NGC 7674活跃星系通常与相互作用的星系相关,可能最近的星系合并的结果。

常常伴随相反方向的高速外流。

Seyfert galaxy NGC 4151

第32页：星系形态的起源

宇宙喷流和射电叶很多活跃星系显示强大的射电喷流Cygnus A的射电图像喷流中物资的运动接近光速(“相对论性喷流”)。

高温点:喷流释放的能量与周围物质的相互作用

第33页：旋臂的形成

射电星系射电图像叠加在光学图像上人马座（Centaurus）A (“Cen A”= NGC 5128):是离我们最近的活动星系核（AGN）.喷流在射电和X射线波段也是可见的；表现为相同的位置上亮点。

红外图像显示星系核附件温暖的气体.

第34页：密度波理论

射电星系(2)Radio image3C129:星系穿过星际物质的证据。

Radio image of3C 753C 75:两个星系核合并的证据。

第35页：棒的形成

射流偏转(SLIDESHOW MODE ONLY)

第36页：潮汐相互作用

射电喷流的形成喷流的动力来自超大质量黑洞对物质的吸积。

黑洞扭曲的磁场有助于限制喷流物质以及产生同步辐射。

吸积盘

第37页：星系际气体

喷流M 87M 87 =处女座星系团中心的巨型椭圆星系光学和无线电观测检测喷气速度~ 1/2 c。

Jet: ~ 2.5 kpc long

第38页：星系际尘埃

活动星系核中存在黑洞的证据椭圆星系M 84:谱线的移动表明中心附近气体的高速旋转。

Visual imageNGC 7052:恒星速度暗示中央黑洞的存在。

第39页：星系际磁场

西佛星系模型吸积盘浓密的尘埃环气体云UV, X-rays辐射线超大质量黑洞西佛I:黑洞附近气体云快速运动产生的强、宽辐射线西佛II:远离黑洞气体云慢速运动产生弱、窄辐射线BH

第40页：星系团的形成

其他类型的星系核和星系核的统一射线星系:喷流端点的高能的“射电叶”，喷流的能力在那里耗散。

Cyg A (radio emission)Observing direction

第41页：本星系群

其他类型的星系核和星系核的统一(2)指向我们的喷流辐射增强（“多普勒增强”），背向我们运动的喷流（反向喷流）辐射减弱。

类星体或BL型天体(属性非常类似于类星体,但没有发射线)观测方向

第42页：本超星系团

NGC 4261的尘埃环用哈勃太空望远镜可以直接看见尘埃环。

第43页：大尺度结构

正常星系中的黑洞仙女座（Andromeda）星系M 31:没有被有效的吸积到中央黑洞X射线源大多是黑洞吸积的恒星物质。

第44页：宇宙的大尺度结构

黑洞和星系的形成相互作用的星系不仅产生潮汐尾等,但也推动物质向中心→触发星系核活动.这样的相互作用可能在螺旋结构的形成上也扮演了一定的角色。

第45页：第六章总结与思考题

星系的形成今天最能被接受的观点是原始扰动的成长形成今天我们所观察到的所有结构，原始扰动诱发局部地区气体的物质密度增加，形成星团和恒星。

这种模型的一种结果是在早期宇宙的一些地区因为有较高一点的密度而形成了星系，因此星系的诞生与早期宇宙的物理息息相关。