银河系河外星系与活动星系PPT课件
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第四讲 银河系、河外星系与活动星系
1。 银河系基本性质 银河系－－太阳所在的星系
天文学基础－星系
.
1
银河
天文学基础－星系
.
2
银河系整体示意图
光学波段
天文学基础－星系
.
3
银河系整体示意图
近红外图 2 m
天文学基础－星系
.
4
银河系整体示意图
射电图 21cm HI
天文学基础－星系
.
5
银河系整体示意图 X 射线图
天文学基础－星系
.
13
早期银河系模型比较
Kepteyn 1900
Shapley 1920
天文学基础－星系
.
14
早期模型的比较和问题
• 因为都是在可见光观测，银河系盘上的尘埃有很大的影响。
天文学基础－星系
.
15
天文学基础－星系
银河系基本性质
尺度：
核球：半径 大约 3 kpc 银盘：半径 大约 15 kpc 银晕：半径 大约 50 kpc 太阳离银心大约 8 kpc
.
25
星团的空间分布特征
GC: 分布在银河系晕中 银心对称 年老恒星组成
OC: 分布在银盘上 银面对称 年轻恒星组成
天文学基础－星系
.
26
银河系主要成分之三 －－ 星际介质
恒星之间并不是没有东西的 存在星际介质: 气体(99%) 和尘埃, 磁场,荷电粒子 气体中 : 90% H, 其它主要是 He 1. 冷气体: 原子氢 (H) 或分子氢 (H2) 2. 热电离气体 (一般在年轻恒星周围) ( HII 区 ) 恒星的发源地
.
引力效应
银河系几乎所有 可视物质都在大 约15 kpc以内,
如果只有可 视物质,当 r >15 kpc后, V应下降
实际情况:
自转曲线变平
21
其它星系
▲ 许多河外盘星系也有类似情况
应有相当数量的不可见物质, 以维持高轨道速度
天文学基础－星系
.
22
银河系主要成分之一 －－ 恒星的运动
恒星：所有的恒星都绕银心运动，较差运动 太阳：V = 220 km/s, r =8.5kpc, P = (2r/V) = 2.4 亿年 太阳诞生以来绕银河系中心转~ 20次
巨分子云内部核区: 直径 2-3 l.y. 温度~100K 密度 ~107-109 molecules/cm3.
.
18
旋臂维持机制: 密度波
引力增强
天文学基础－星系
.
19
银河系自转曲线
确定银河系质量
v 2 GM r
“银盘自转”– 恒星/星云绕转运 动
天文学基础－星系
.
观测结果:
20
自转曲线 -- 可视物质 Vs. 暗物质
观测结果
Keplerian motion：
M： 可视物质
天文学基础－星系
v 2 GM r
天文学基础－星系
.
10
银河系的研究历史 ( III )
• 1922年荷兰天文学家 Kapteyn 首次利用照相底片进行了 太阳附近不同方向恒星的计数，用统计视差的方法计算了 恒星的距离，估计出银河系直径位50，000光年，厚度为 10，000光年。
结论一样：银河系是扁平状的，太阳在中心附近。
天文学基础－星系
旋臂：包含亮O,B型星(大质量,年青星),HII星云 英仙臂, 人马臂, 猎户臂, 巨尺臂, 天鹅臂
天文学基础－星系
.
23
银河系恒星分布
星族 I ( POP I ) : 银盘上
圆轨道运动 年轻, 金属含量高
天文学基础－星系
星族 II ( POP II ) : 银晕里
随机运动,轨道偏心率大 年老, 金属含量低
天文学基础－星系
.
9
银河系的研究历史 ( II )
• 1785年英国天文学家 W Herschel 第一个对太阳附近的 天空进行了巡天观测，对不同方向的恒星进行计数，计算 不同方向恒星的数密度。得到了第一幅银河系的整体图。
结论是：银河系是扁平状的，太阳在中心附近。 Herschel 被认为是银河系天文学之父。
物质：
核球：各种年龄，金属丰度的 恒星和星团，有气体， 尘埃
银盘：比较年轻的恒星， 气体，尘埃 疏散星团，旋臂
银晕：年老的恒星，球状星团
.
16
银
1。旋臂结构
河 系
2。自转曲线 3。暗物质
基
本
性
质
4。恒星成分 5。星团分布 6。星际介质
天文学基础－星系
.
17
银河系的旋臂 (Spiral Arm)
天文学基础－星系
天文学基础－星系
.
6
银河系整体示意图 Gamma 射线图
天文学基础－星系
.
7
思考题
1. 银河系主要由哪几部分组成 ? 太阳在什么地方 ? 2. 年老和年轻的恒星分别在什么地方最有可能发现 ? 3. 恒星在什么地方形成 ? 4. 如何知道星系中存在暗物质晕 ? 5. 晴朗的天空为什么是蓝的 ? 为什么云是白的 ?
天文学基础－星系
.
27
1。原子氢 HI
温度: 100K 密度: 10--100 atoms/cm3.
wk.baidu.com
H 原子21cm谱线观测来研究
天文学基础－星系
.
28
银河系 HI 21cm 图
天文学基础－星系
.
29
2。分子云
▲ H2 CO, NH3, CH, OH, CS, 等100多种分子 ▲ 尘埃
巨分子云 Giant Molecular Cloud (GMC) : 质量: 106 M ⊙ 直径: 150 l.y. 银河系内有几千个GMC
天文学基础－星系
.
8
银河系的研究历史 ( I )
• 1610年意大利天文学家 Galileo 首先用望远镜仔细地 观测了天空，发现银河由无数 个恒星组成。
• 1750年英国教士 Wright 认为 太阳是无数呈球壳状分布的恒 星中的一颗。
• 1755年德国人 Kant 提出了银 河系是无数“宇宙岛“之一。 是一个由恒星组成的旋转的扁 平盘。
.
11
太阳在银河系中的位置
Shapley (美国，1885-1972): 球状星团的空间分布(1920) 推翻了日心说, 500年 人马座方向
Globular Cluster ： 球状星团
天文学基础－星系
.
12
Shapley 的银河系模型
▲ 球状星团是银河系的子系统。围绕银河系中心球对称分布 ▲ 太阳岛银心的距离为 16 kpc ▲ 银河系是扁平的，直径 100 kpc
.
24
银河系主要成分之二
－ 星团: 疏散星团(OC)和球状星团(GC)
▲ 球状星团(Globular Cluster)
10 5 - 7 颗恒星组成,
结构紧凑, 球对称分布
▲ 疏散星团(Open Cluster)
10 2 - 3 颗恒星组成
结构松散, 不规则分布
球状星团M22
疏散星团M67
天文学基础－星系
1。 银河系基本性质 银河系－－太阳所在的星系
天文学基础－星系
.
1
银河
天文学基础－星系
.
2
银河系整体示意图
光学波段
天文学基础－星系
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3
银河系整体示意图
近红外图 2 m
天文学基础－星系
.
4
银河系整体示意图
射电图 21cm HI
天文学基础－星系
.
5
银河系整体示意图 X 射线图
天文学基础－星系
.
13
早期银河系模型比较
Kepteyn 1900
Shapley 1920
天文学基础－星系
.
14
早期模型的比较和问题
• 因为都是在可见光观测，银河系盘上的尘埃有很大的影响。
天文学基础－星系
.
15
天文学基础－星系
银河系基本性质
尺度：
核球：半径 大约 3 kpc 银盘：半径 大约 15 kpc 银晕：半径 大约 50 kpc 太阳离银心大约 8 kpc
.
25
星团的空间分布特征
GC: 分布在银河系晕中 银心对称 年老恒星组成
OC: 分布在银盘上 银面对称 年轻恒星组成
天文学基础－星系
.
26
银河系主要成分之三 －－ 星际介质
恒星之间并不是没有东西的 存在星际介质: 气体(99%) 和尘埃, 磁场,荷电粒子 气体中 : 90% H, 其它主要是 He 1. 冷气体: 原子氢 (H) 或分子氢 (H2) 2. 热电离气体 (一般在年轻恒星周围) ( HII 区 ) 恒星的发源地
.
引力效应
银河系几乎所有 可视物质都在大 约15 kpc以内,
如果只有可 视物质,当 r >15 kpc后, V应下降
实际情况:
自转曲线变平
21
其它星系
▲ 许多河外盘星系也有类似情况
应有相当数量的不可见物质, 以维持高轨道速度
天文学基础－星系
.
22
银河系主要成分之一 －－ 恒星的运动
恒星：所有的恒星都绕银心运动，较差运动 太阳：V = 220 km/s, r =8.5kpc, P = (2r/V) = 2.4 亿年 太阳诞生以来绕银河系中心转~ 20次
巨分子云内部核区: 直径 2-3 l.y. 温度~100K 密度 ~107-109 molecules/cm3.
.
18
旋臂维持机制: 密度波
引力增强
天文学基础－星系
.
19
银河系自转曲线
确定银河系质量
v 2 GM r
“银盘自转”– 恒星/星云绕转运 动
天文学基础－星系
.
观测结果:
20
自转曲线 -- 可视物质 Vs. 暗物质
观测结果
Keplerian motion：
M： 可视物质
天文学基础－星系
v 2 GM r
天文学基础－星系
.
10
银河系的研究历史 ( III )
• 1922年荷兰天文学家 Kapteyn 首次利用照相底片进行了 太阳附近不同方向恒星的计数，用统计视差的方法计算了 恒星的距离，估计出银河系直径位50，000光年，厚度为 10，000光年。
结论一样：银河系是扁平状的，太阳在中心附近。
天文学基础－星系
旋臂：包含亮O,B型星(大质量,年青星),HII星云 英仙臂, 人马臂, 猎户臂, 巨尺臂, 天鹅臂
天文学基础－星系
.
23
银河系恒星分布
星族 I ( POP I ) : 银盘上
圆轨道运动 年轻, 金属含量高
天文学基础－星系
星族 II ( POP II ) : 银晕里
随机运动,轨道偏心率大 年老, 金属含量低
天文学基础－星系
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9
银河系的研究历史 ( II )
• 1785年英国天文学家 W Herschel 第一个对太阳附近的 天空进行了巡天观测，对不同方向的恒星进行计数，计算 不同方向恒星的数密度。得到了第一幅银河系的整体图。
结论是：银河系是扁平状的，太阳在中心附近。 Herschel 被认为是银河系天文学之父。
物质：
核球：各种年龄，金属丰度的 恒星和星团，有气体， 尘埃
银盘：比较年轻的恒星， 气体，尘埃 疏散星团，旋臂
银晕：年老的恒星，球状星团
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银
1。旋臂结构
河 系
2。自转曲线 3。暗物质
基
本
性
质
4。恒星成分 5。星团分布 6。星际介质
天文学基础－星系
.
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银河系的旋臂 (Spiral Arm)
天文学基础－星系
天文学基础－星系
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6
银河系整体示意图 Gamma 射线图
天文学基础－星系
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思考题
1. 银河系主要由哪几部分组成 ? 太阳在什么地方 ? 2. 年老和年轻的恒星分别在什么地方最有可能发现 ? 3. 恒星在什么地方形成 ? 4. 如何知道星系中存在暗物质晕 ? 5. 晴朗的天空为什么是蓝的 ? 为什么云是白的 ?
天文学基础－星系
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1。原子氢 HI
温度: 100K 密度: 10--100 atoms/cm3.
wk.baidu.com
H 原子21cm谱线观测来研究
天文学基础－星系
.
28
银河系 HI 21cm 图
天文学基础－星系
.
29
2。分子云
▲ H2 CO, NH3, CH, OH, CS, 等100多种分子 ▲ 尘埃
巨分子云 Giant Molecular Cloud (GMC) : 质量: 106 M ⊙ 直径: 150 l.y. 银河系内有几千个GMC
天文学基础－星系
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8
银河系的研究历史 ( I )
• 1610年意大利天文学家 Galileo 首先用望远镜仔细地 观测了天空，发现银河由无数 个恒星组成。
• 1750年英国教士 Wright 认为 太阳是无数呈球壳状分布的恒 星中的一颗。
• 1755年德国人 Kant 提出了银 河系是无数“宇宙岛“之一。 是一个由恒星组成的旋转的扁 平盘。
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11
太阳在银河系中的位置
Shapley (美国，1885-1972): 球状星团的空间分布(1920) 推翻了日心说, 500年 人马座方向
Globular Cluster ： 球状星团
天文学基础－星系
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12
Shapley 的银河系模型
▲ 球状星团是银河系的子系统。围绕银河系中心球对称分布 ▲ 太阳岛银心的距离为 16 kpc ▲ 银河系是扁平的，直径 100 kpc
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24
银河系主要成分之二
－ 星团: 疏散星团(OC)和球状星团(GC)
▲ 球状星团(Globular Cluster)
10 5 - 7 颗恒星组成,
结构紧凑, 球对称分布
▲ 疏散星团(Open Cluster)
10 2 - 3 颗恒星组成
结构松散, 不规则分布
球状星团M22
疏散星团M67
天文学基础－星系