基础天文教学课件（吴学兵）astronomy12.pptVIP

银河系的旋涡结构 银盘 构成：星族I恒星、气体和尘埃 直径：D ~ 30 kpc 厚度：h ~70-300 pc D h 银河系旋臂的证认 (1) 光学观测 示踪天体 O, B型星、年轻的疏散星团、发射星云和HII区、经典造父变星。 方法 视星等 绝对星等（标准烛光） 距离模数 m-M→ 距离 造父变星周光关系 → 距离 限制 星际尘埃消光。 太阳附近恒星的分布 (2) 射电观测 示踪天体 HI区、分子云。 方法 测量HI区21 cm谱线和分子云的毫米波谱线的Doppler谱线位移 → 视向速度 → 转动速度 比较银河系自转曲线 → 距离 限制 气体云的转动是非圆的，在圆运动的同时还有无规运动。 (3) 观测结果 银河系存在旋臂结构 英仙 (Perseus) 臂、 船底 (Carina) -人马 (Sagittarius) 臂、 猎户 (Orion) 臂、 天鹅 (Cygnus) 臂 太阳位于猎户臂上 银河系旋臂 旋臂的理论解释 旋臂不是物质臂 如果旋臂始终由同样的物质构成： 太阳公转周期 ~2×108 yr，太阳年龄 ~5×109 yr → 太阳绕银心至少转了20圈 较差转动 → 旋臂缠绕（或放松） →旋臂消失 表征旋臂的主要是年轻天体 大质量恒星的寿命≤107 yr→ 旋臂消失 (2) 密度波理论（density wave theory） 由林家翘(C.C. Lin,1916－2013)和徐瑕生(F. Shu,1943-)1963年在Lindblad工作的基础上提出—旋臂是密度波的表现。 星系引力势扰动 →银盘内的天体以椭圆轨道运动 →运动速度变化 轨道取向相互耦合 →物质密度的规则变化 →密度波 密度波在银盘内传播，导致物质压缩和恒星形成 生活中的密度波 旋臂的运动 密度波旋涡图样绕银心刚体转动，ω= 13.5 kms-1kpc-1 在银河系内区，恒星的运动速度超过旋涡图样速度(ω0= 25 kms-1kpc-1)；在外区恒星比旋涡图样运动得更慢。 旋臂上年轻天体的形成 气体云运动→接近旋臂 →压缩、碰撞→尘埃带 →气体云坍缩 →恒星和HII区形成 未解决的问题: 引力扰动势的起源是什么?核球附近气体的不稳定性? 伴星系的引力扰动? 核球中棒状结构的影响? (3) 自传播恒星形成理论 (Self-propagating star formation) 旋臂的形成： 恒星形成的链式反应: 气体云坍缩 → 年轻星团 大质量恒星的辐射和超新星爆发 → 激波 → 压缩周围气体→ 下一代恒星诞生 → ... 天体绕银心较差转动 → 高密恒星和星际气体旋臂 旋臂的维持时间较短。 核球和银晕 核球 (bulge) 特点 以银心（人马座方向）为中心， 椭球形，大小 ~ 6×4 kpc， 恒星分布十分密集， 数密度~ 1,600 ly-3, 是银河系平均恒星密度的105倍。 光学观测 在光学波段，核球附近区域受星际气体和尘埃的遮挡。 辐射主要来自年老的星族I天体（如红巨星）。 红外与射电观测 观测表明银心区域的恒星分布高度密集（~ 5×104 pc-3 )，比太阳附近恒星密度高107倍。 对银心区域的近红外(2.2μm)观测（辐射主要来自年老的星族I恒星） 银心 (nucleus) 由银心附近恒星的运动推测在银心集中了~4×106 M⊙的质量。 人马座A的尺度 10 AU ? 超大质量的黑洞? 银心附近恒星的运动 银晕(halo) (1) 球状星团 年老的星族II恒星、以银心为中心球状分布， 在椭圆轨道上绕银心旋转（V~100 kms-1）， 离银心最远距离达100 kpc。 热气体 Chandra卫星的观测表明在银晕中存在大量的热气体。 热气体晕（X射线） 银盘内恒星（光学） 暗物质 (dark matter) 由银河系的旋转曲线得知，银晕中的不可见物质质量远远超过银河系可见物质质量。 暗物质的特征：在所有波段都不产生辐射，仅有引力作用。 暗物质的可能成分 ： ①MACHOs (Massive Compact Halo Objects) 如褐矮星、行星、致密星、电离气体等。 ②WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) 如质量非零的中微子或其他未知亚原子粒子。 银河系的起源 观测线索 银河系物质的化学组成和动力学特征：金属元素丰度越低的天体离银道面越远（星族I—星族II）。 基本假设 恒星诞生于星际气体云中，它们的元素丰度反映了气体云的元素丰度。 恒星（球状星团