科普知識(shí)堆天文學(xué)概論9

6.4星系的距離造父變星的方法:使用周期-光度關(guān)系對(duì)經(jīng)典造父:測(cè)量造父變星的周期找到其光度比較視星等找到它的距離b)Ia型超新星(雙星系統(tǒng)中一個(gè)白矮星吸積的崩潰):Ia型超新星有眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)光度

與視星等相比

得到距離這兩種都是標(biāo)準(zhǔn)燭光方法:知道絕度星等(光度)

對(duì)比視亮度

得到距離造父變星

造父變星因典型星仙王座δ而得名。仙王座δ星最亮?xí)r為3.7星等，最暗時(shí)只有4.4星等，這種變化很有規(guī)律，周期為5天8小時(shí)47分28秒。這稱作光變周期。造父變星具有的光變周期和絕對(duì)星等之間的關(guān)系-——周光關(guān)系。周光關(guān)系1940年代，工作的德國(guó)天文學(xué)家巴德發(fā)現(xiàn)，造父變星分為兩類，星族Ⅰ經(jīng)典造父變星，絕對(duì)星等與M光變周期P的關(guān)系為：M=-1.43-2.81lgP星族Ⅱ的短周期造父變星（又稱室女W型變星）：M=-0.35-1.75lgP可以通過(guò)造父變星的光變周期求得絕對(duì)星等。造父變星（Cepheid）的距離測(cè)量

測(cè)量光變周期利用周光關(guān)系可以從光變周期P推算絕對(duì)星等M視星等m則可直接測(cè)量距離r便可由公式lgr=(m-M+5-A)/5算得。lgr=(m-M+5-A)/5于是距離r便可求出。最遠(yuǎn)的星系Clusterofgalaxiesat~4to6billionlightyears在非常大的距離,只有星系的總體特征可以用來(lái)估計(jì)他們的光度

距離.到其他星系距離的測(cè)量:

哈勃定律（TheHubbleLaw）E.Hubble(1929):哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系視向退行速度vr與距離d成正比，即距離越遠(yuǎn)，視向速度越大。vr=H0*dH0

≈70km/s/Mpcisthe哈勃常數(shù)

通過(guò)多普勒效應(yīng)測(cè)量vr

，然后推導(dǎo)出距離。紅移哈勃(EdwinP.Hubble)（1889～1953）/link?url=GPTCUoWlfXlpJqeGof-870tDnq-ocDqiZgTJeG4WDccZD-hCVBn1n1_-xf_bAbYB哈勃對(duì)20世紀(jì)天文系作出許多貢獻(xiàn)，被尊為一代宗師。其中最重大者有二：一是確認(rèn)星系是與銀河系相當(dāng)?shù)暮阈窍到y(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了星系天文學(xué)，建立了大尺度宇宙的新概念；二是發(fā)現(xiàn)了星系的紅移-距離關(guān)系，促使現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生。天文學(xué)家銀河系外距離尺度許多星系通常距離我們的星系數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億秒差距。常用的距離單位:百萬(wàn)秒差距（Mpc）=Megaparsec

=1millionparsec十億秒差距（Gpc）=Gigaparsec

=1billionparsec數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億年的“回溯時(shí)代”1秒差距=3.2616光年=206265天文單位=308568億公里6.5星系的大小和光度截然不同的大小和光度:從小型、低光度不規(guī)則星系(比銀河系更小和更低的光度)到巨型橢圓星系和大型螺旋,幾倍銀河系的大小和光度。星系旋轉(zhuǎn)曲線觀測(cè)橫過(guò)星系的頻率譜線從整個(gè)星系譜線的藍(lán)、紅移

推出旋轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)速度與距銀河系中心距離的圖示:旋轉(zhuǎn)曲線。6.5星系的質(zhì)量依據(jù)旋轉(zhuǎn)曲線，應(yīng)用開(kāi)普勒第三定律（Kepler’s3rdlaw）可以推導(dǎo)出星系的質(zhì)量星系的質(zhì)量和其他屬性超大質(zhì)量黑洞通過(guò)測(cè)量星系中心附近恒星的速度：推出中心的質(zhì)量

黑洞!幾百萬(wàn),超過(guò)十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量!

超大質(zhì)量黑洞暗物質(zhì)架構(gòu)可見(jiàn)物質(zhì)：

恒星,

星云,

塵埃,…等等,我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)物質(zhì)是不可見(jiàn)的!

這些暗物質(zhì)的本質(zhì)目前還不能被理解。一些想法:棕矮星,小黑洞,奇異的基本粒子。6.6星系群星系通常不是孤立存在的,而是形成了較大的星系群。富星群:

1,000或更多星直徑~3Mpc,凝聚在一個(gè)大型星系貧星群:

小于1,000星系(經(jīng)常只有幾個(gè)),直徑只有幾Mpc,一般不凝聚向中心星系群中熱氣體星系之間的空間不是空的,而是充滿了熱氣體(在x射線可觀察到)這種氣體仍受引力束縛提供更進(jìn)一步的證據(jù)表明暗物質(zhì)存在?；杳裕–oma）星系團(tuán)VisiblelightX-rays我們的星系群:本地組銀河系（MilkyWay）仙女座星系（Andromedagalaxy）小麥哲倫星系（SmallMagellanicCloud）大麥哲倫星系（LargeMagellanicCloud）鄰近星系一些本地組的星系很難觀測(cè)到,因?yàn)閺奈覀兊囊暰€觀測(cè)它們位于我們銀河系的中心的背后。SpiralGalaxyDwingeloo1相互作用的星系CartwheelGalaxy尤其是在富星團(tuán)，星系可以碰撞和相互作用。星系碰撞可以產(chǎn)生潮汐尾。經(jīng)常觸發(fā)活躍的恒星形成:星爆星系NGC4038/4039星系環(huán)和潮汐尾有潮汐尾的星系相互作用例子?！袄鲜蟆庇?jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生類似的結(jié)構(gòu)。模擬星系相互作用數(shù)值模擬星系相互作用在重現(xiàn)潮汐作用像橋梁、潮汐尾和星系環(huán)是非常成功的。星系合并NGC7252:恒可能是十億年前兩個(gè)星系合并的結(jié)果。中心處小星系遺跡在反向旋轉(zhuǎn)。M64射電圖像:中心區(qū)域反向旋轉(zhuǎn)!巨橢圓星系中多個(gè)星核。星系相食大與小星系的碰撞往往導(dǎo)致完整的破壞較小的星系。

小星系被較大的一個(gè)“吞下”.這個(gè)過(guò)程稱為“星系相食”。NGC5194星爆星系星爆星系通常具有非常豐富的氣體和塵埃,在紅外波段表現(xiàn)明亮。超亮紅外星系M82CocoonGalaxy大尺度結(jié)構(gòu)超星系團(tuán)=星系團(tuán)的集合廣闊的區(qū)域空間完全是空的:“空隙”超星系團(tuán)出現(xiàn)沿墻排列和細(xì)絲。最遠(yuǎn)的星系通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看到的最遙遠(yuǎn)的星系是宇宙只有~10億歲的星系。6.7活動(dòng)星系其星系核中伴隨劇烈能量釋放的星系。

“活動(dòng)星系核”(=AGN)比整個(gè)銀河系還要亮幾千倍;能量在一個(gè)和我們太陽(yáng)系相仿的區(qū)域釋放!星系的光譜從一個(gè)普通的星系獲取的光譜:星系的光應(yīng)該主要是星光,因此應(yīng)該包含許多從單個(gè)恒星光譜吸收線。西佛（Seyfert）星系NGC1566CircinusGalaxy不尋常的旋渦星系:

非常亮的核

輻射線光譜.

變化:~50%在幾個(gè)月內(nèi)最有可能的能量源:吸積成一個(gè)超大質(zhì)量黑洞(~107–108Msun)相互作用的星系SeyfertgalaxyNGC7674活躍星系通常與相互作用的星系相關(guān),可能最近的星系合并的結(jié)果。常常伴隨相反方向的高速外流。SeyfertgalaxyNGC4151宇宙噴流和射電葉很多活躍星系顯示強(qiáng)大的射電噴流CygnusA的射電圖像噴流中物資的運(yùn)動(dòng)接近光速(“相對(duì)論性噴流”)。高溫點(diǎn):噴流釋放的能量與周圍物質(zhì)的相互作用射電星系射電圖像疊加在光學(xué)圖像上人馬座（Centaurus）A(“CenA”=NGC5128):是離我們最近的活動(dòng)星系核（AGN）.噴流在射電和X射線波段也是可見(jiàn)的；表現(xiàn)為相同的位置上亮點(diǎn)。紅外圖像顯示星系核附件溫暖的氣體.射電星系(2)Radioimage3C129:星系穿過(guò)星際物質(zhì)的證據(jù)。Radioimageof3C753C75:兩個(gè)星系核合并的證據(jù)。射流偏轉(zhuǎn)(SLIDESHOWMODEONLY)射電噴流的形成噴流的動(dòng)力來(lái)自超大質(zhì)量黑洞對(duì)物質(zhì)的吸積。黑洞扭曲的磁場(chǎng)有助于限制噴流物質(zhì)以及產(chǎn)生同步輻射。吸積盤噴流M87M87=處女座星系團(tuán)中心的巨型橢圓星系光學(xué)和無(wú)線電觀測(cè)檢測(cè)噴氣速度~1/2c。Jet:~2.5kpclong活動(dòng)星系核中存在黑洞的證據(jù)橢圓星系M84:譜線的移動(dòng)表明中心附近氣體的高速旋轉(zhuǎn)。VisualimageNGC7052:恒星速度暗示黑洞的存在。西佛星系模型吸積盤濃密的塵埃環(huán)氣體云UV,X-rays輻射線超大質(zhì)量黑洞西佛I:黑洞附近氣體云快速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)、寬輻射線西佛II:遠(yuǎn)離黑洞氣體云慢速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生弱、窄輻射線BH其他類型的星系核和星系核的統(tǒng)一射線星系:噴流端點(diǎn)的高能的“射電葉”，噴流的能力在那里耗散。CygA(radioemission)Observingdirection其他類型的星系核和星系核的統(tǒng)一(2)指向我們的噴流輻射增強(qiáng)（“多普勒增強(qiáng)”），背向我們運(yùn)動(dòng)的噴流（反向噴流）輻射減弱。類星體或BL型天體(屬性非常類似于類星體,但沒(méi)有發(fā)射線)觀測(cè)方向NGC4261的塵埃環(huán)用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡可以直接看見(jiàn)塵埃環(huán)。正常星系中的黑洞仙女座（Andromeda）星系M31:沒(méi)有被有效的吸積到黑洞X射線源大多是黑洞吸積的恒星物質(zhì)。