Download Galaxies and Cosmology

Galaxies and Cosmology
5 points, vt-2007
Teacher:
Göran Östlin
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Lecture 3
Practical info
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Language? English or Swedish?
Registration
Who am I, who are you?
Assistants: Jens, Teresa and Michael
Course book: Jones & Lambourne + extra material (handed out +
www). The book is up to date and comprehensive, but a bit ”easy”
Course www-page continously updated
http://www.astro.su.se/utbildning/kurser/vt2007/ai1420/
Lectures L1-L12
Exercise sessions 1-4
3 Hand in exercises -> bonus points (max 3x2) on exam
2 Laboratory exercises (mandatory): Get 1 bonus point on the
exam if OK before (hand in latest 5/6).
Tenta/Exam, max 30 points G (18 points) or VG (24)
Star formation
Hydrostatic equilibrium:
Sound cross time
Free fall time
Collapse if
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs f ör att kunna se bilden.
t S  R /c S
t ff  1/ G
t ff  t S
M Jeans  c /(G
3
S
3/2
 )
1/ 2
Stars are born in dusty molecular clouds
Dust allows the gas
to cool
Jeans mass for
typical molecular
clouds 104-105
solar masses
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Contraction leads
to decreasing Mjeans
and fragmentation
Star formation is
collective
=> populations
R136 cluster of young stars
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Young massive stars in R136 (Massey & Hunter)
IMF: initial mass function
IMF: Salpeter (1955):
Massey & Hunter
confirmedSalpeter
Slope for young
masssive stars


dN  M dM
  2.35
Unveiling the IMF in the solar neighbourhood
is more complex due to the presence of many
stellar generations
IMF of the Pleiades
young star cluster
Simple = Single Stellar
Population (SSP)
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Herzsprung-Russel /
Colour-Magnitude Diagram
(HR diagram / CMD)
QuickTime™ and a
TIFF (ok omprimerat) decompres sor
are needed to see this pic ture.
Not SSP
Nearest stars
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Brightest stars
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Iso-chrones
Metal-rich
Positions of stars of given age = SSP
RGB more sensitive to metallicity
than age
Metal-poor
observed CMDs for two ”simple/single stellar populations”
QuickTime™ and a
TIFF (okomprimerat) decompressor
are needed to see this picture.
Globular
cluster
CMDs
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Parallax & parsecs
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
For example, a star that has a parallax of say 1 arc second will be at a distance of:
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
The Milky Way Galaxy
a.k.a. the Galaxy (galaxias kyklos)
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
NB this is a painting, not a photograph
Milky Way Galaxy
• Appearance, size, morphology
– Disk, bulge, halo
• Constituents:
– Stars of various populations
– Gas (cold, warm, hot) and dust = ISM
– Dark matter
• Dynamics
• Evolution and recycling
• Galactic centre
The local group, a photo montage
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
The Milky Way Galaxy
Galaxy = MW
galaxy = others
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Artist’s impresseion
Milky way look alike
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
MW (COBE)
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
NGC 891
Equatorial
vs
Galactic
coordinates
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Extent of optical emission (starlight) vs 21cm (neutral gas)
In Milky Way and other spiral galaxies
21 cm spin flip
transition of
neutral
Hydrogen (HI)
(see box 1.3,
page 30)
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Nearest stars
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Nearest stars dominated by low luminosity
because these are most common
Brightest stars
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
brighest stars dominated by high
lumionsity as we can see them far away
Pleiades young
star cluster
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Horsehead nebula
in Orion
Pop I = young
Stars in the disk
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Globular cluster (population II)
on the order of a million stars, gravitationally bound
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
X-ray binaries in globular cluster ”47 Tuc”
Colour distribution of halo and disk stars
- Age vs Metallicity
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Metal-rich
Globular
Clusters
(near the plane)
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Metal-poor
Globular
Clusters
(in the halo)
Vertical distribution of stars
Disks have exponential light distribution:
I = surface brightness,
h = scale length (height)
Thin (hz= 300 pc)

vs
Thick (hz= 1 kpc)
Disk
Thick disk older,
hence no A-stars
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
I  I0 e
r / h
Surface photometry
Disks have exponential light distribution:
I = surface brightness, intensity (flux per angular area)
h = scale length (height)
I  I0 e
r / h
NB surface brightness independent of distance
- Flux per angular area
- Luminosity per metric area
Radial distribution of neutral atomic (HI) and molecular (H2)
gas in the Milky Way Galaxy
H2 has no ’dipole moment’ and therefore no suitably observable
transitions at typical ISM cloud temperatures, but the CO
molecule can be used as tracer (see Box 1.4 on page 33 in JL)
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Stellar populations in MW
Property
Population I
Orbits
Circular
Shape
spiral arms
Thickness(pc) 120
Metals (%)
3-4
Mass (Msun) 2x109
Age (yr)
108
Intermediate
Elongated
disk
400
0.4-2
5x1010
109
Population II
Very elliptical
spherical/halo
2000
0.4 or less
2x1010
1010
Typical objects
Sun
Globular clusters
RR Lyrae stars
Open clusters,
HII regions,
Population III ? Zero metallicity
Chemical
composition
of star
clusters in
MW
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
High lattitude neutral hydrogen
QuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.