天体物理学南京大学课件chapter07.ppt

第七章 银河系 §7.1 银河系的整体结构 §7.2 银河系的转动 §7.3 银河系的旋涡结构 §7.4 核球和银晕 §7.5 银河系的演化 §7.1 银河系的整体结构 1. 银河系全貌 银河是天空中的一个环带，在人马座附近最亮、最宽，它的中心线近似为天球上的一个大圆。 光学波段的银河系 射电波段的银河系 红外波段的银河系 X射线波段的银河系 γ射线波段的银河系 2. 银河系研究简史 1610年Galileo Galilei（意）首先用望远镜发现银河由无数恒星组成。 1750年 T. Wright（英） ： 太阳是球壳状分布的无数恒星中的一颗。 1785年W. Herschel（英）通过计量不同方向的恒星密度，得到第一幅银河系整体图像。银河系为扁盘状，太阳位于中心附近。 1922年J. Kapteyn（荷）利用照相底片测量不同天区的恒星密度，用统计视差求得恒星距离，首次估计银河系直径为50,000 ly，厚度为10,000 ly，假设太阳位于银河系中心附近。 1920年H. Shapley（美）发现球状星团均匀地分布在银河的两侧，并且有向人马座聚集的倾向。 Shapley利用球状星团内的天琴RR型变星测量星团距离，并给出球状星团的空间分布。 The Creater Milky Way Shapley认为球状星团是银河系的子系统，并以银心为分布中心。 Shapley估计太阳系到银心的距离为16 kpc. 在Shapley的模型中，银河系的结构是扁盘状的，直径为100 kpc. 星际介质与银河系的大小 早期对银河系的研究集中在可见光波段，天文学家并不了解星际介质的存在及其消光作用，因而得到关于银河系结构的错误的结论。 直到20世纪30年代人们才认识到星际介质的尺度及其重要影响。并发展了射电与红外的手段来研究银河系的结构。 3. 银河系结构 银河系是一个具有旋涡结构的盘状星系。 质量~ 1012M⊙，直径 ~ 105 ly (30 kpc) 主要成分 (1) 银盘 (disk) 、 (2) 核球 (bulge) 、 (3) 银晕 (halo) 、(4) 银冕 (corona) 银河系结构 4. 银道坐标系 原点：观测者 坐标系平面：银道面 银心方向： α=17 h 45.7 m, δ=－29°00′ 北银极坐标： α=12 h 51.4 m, δ=27°08′ 计量 银经l ( ) 从银心方向开始、沿银道面按逆时针方向计量。 银纬b ( ) 从银道面量起，向北为正，向南为负。 5. 星族 (population) 1944年由Walter Baade首先提出。 发现星系晕与核球中的恒星明显比盘中的恒星颜色偏红。 星族I恒星 年轻的、富金属恒星（金属丰度为太阳值的0.1-2.5倍） 主要位于银盘中 ，绕银心作圆轨道运动 。如疏散星团。 星族II恒星 年老的、贫金属恒星（金属丰度为太阳值的0.001-0.03倍），主要位于银晕和核球中，以银心作为中心球对称分布绕银心作无规则的椭圆轨道运动。如球状星团。 不同星族恒星的轨道运动特征 星系盘内的恒星绕银心作规则的圆轨道运动。 晕中的恒星绕银心作大偏心率的椭圆轨道运动，且轨道取向是随机的。 星族I与II天体的特征 §7.2 银河系的转动 1. 银河系的转动 (1) 银河系的较差转动 方法 测量恒星和气体云谱线的Doppler位移（视向速度）随银经的变化。 太阳附近恒星视向速度（或自行）的周期性变化： 在太阳周围360度的范围内，恒星的谱线位移表现出周期性的蓝移和红移。 银河系的转动是较差转动 在太阳附近，距离银心越远，转动速度越小 (2) Oort公式 令银经为 l 的恒星和太阳的转动角速度分别为ω = V/R和ω0= V0/R0 ， 恒星相对于太阳的视向速度为 Vr = Vcosα- V0sin l cosα= R0sin l /R 太阳附近恒星的视向速度的变化 (3) 利用球状星团测定R0和V0 球状星团的空间分布大致是球对称的，它们组成的次系的中心就是银心。 球状星团绕银心旋转的轨道是无规的，可以认为它们作为一个整体相对于银心是不动的。 2. 银河系的自转曲线和质量分布 (1) R< R0 : HI云 测量在视线方向上的一系列HI云的21厘米谱线的最大位移 → 最大视向速度Vr, max →轨道运动速度 Vr, max = R(ω－ω0) → 轨道半径 R = R0 sin l → ω(R), V(R) (2) R > R0 : CO分子云和HII区 转动角速度ω (R) ： 观测CO分子的2.6毫米谱线测定视向速度 利用Oort公式 V