Σχήμα 1.1: Διάφορες ισόχρονες καμπύλες με διαφορετικές μεταλλικότητες Ζ, και περιεκτικότητα σε ήλιο Υ.

Transcript

1 Perieqìmena 1 Astrik sm nh Sm nh kai astrik exèlixh Isìqronec - Jewrhtik HR diagr mmata Parathrhsiak diagr mmata Astrik sm nh san mètro apost sewn Dunamik exèlixh twn astrik n smhn n IsorropÐa QarakthristikoÐ qrìnoi: Dunamikìc qrìnoc Qrìnoc qal rwshc Dunamik exèlixh twn smhn n O GalaxÐac mac KÔriec sunist sec tou GalaxÐa mac Peristrof tou GalaxÐa KampÔlh peristrof c Stajerèc tou Oort Prosdiorismìc twn kampul n peristrof c KampÔlh peristrof c kai skotein Ôlh H speiroeid c dom tou GalaxÐa mac Hm zatou GalaxÐa mac To kèntro tou GalaxÐa mac Pur nac O GalaxÐac mac sugqwneôetai me èna n no galaxða Oi GalaxÐec Genik Htaxinìmhsh tou Hubble 'Allec taxinom seic Melèth twn Galaxi n

2 2 3.2 Dunamik Exèlixh twn Galaxi n ExÐswsh Vlasov PerÐptwsh idanikoô reustoô DhmiourgÐa twn galaxi n Sunj kec barutik c ast jeiac Sqhmatismìc galaxi n Qhmik exèlixh twn galaxi n Sqèsh hlikðac metallikìthtac Montèla qhmik c exèlixhc AstrikoÐ plhjusmoð stouc galaxðec Oi kontinoð mac galaxðec Morfologik qarakthristik twn galaxi n kai h seir Hubble 52 4 Sm nh galaxi n - Meg lec domèc Sm nh galaxi n Meg lec domèc Sun rthsh lamprìthtac twn galaxi n Apost seic sto SÔmpan Par llaxh - IdÐa KÐnhsh Mètro apìstashc UperkainofaneÐc Metr seic sugkekrimènhc kathgorðac antikeimènwn Metr seic grammik n diast sewn san mètro apìstashc Diastol tou sômpantoc Apìstash qrhsimopoi ntac thn eidik sqetikìthta Mèjodoc Lyman-Forest

3 KEF ALAIO 1 Astrik sm nh Ta astèria se èna galaxða den eðnai omoiìmorfa katanemhmèna. Up rqoun sto di sthma sugkentr seic astèrwn me arijmhtik puknìthta pou x- epern th mèsh tim astrik c puknìthtac tou mesoastrikoô q rou (pl joc astèrwn/pc 3 ). Autèc oi sugkentr seiconom zontai astrik sm nh kai apoteloôn astrik sust mata mekoinèc idiìthtec kai dunamik sunoq. H melèth thc sumperifor c kai twn idiot twn twn astrik n smhn n se èna galaxða parousi zei ter stio astrofusikì endiafèron, kurðwc giatð apoteloôn ta idanik our nia antikeðmena twn opoðwn oi parathr seic qrhsimeôoun san èlegqoc twn jewri n thc astrik c exèlixhc. H dunamik melèth twn smhn n mac dðnei plhroforðec gia ton trìpo kai thn epoq thc dhmiourgðac touc se sqèsh me ton qrìno dhmiourgðac twn galaxi n. H melèth twn astrik n smhn n antimetwpðzetai apì dôo diaforetikèc kateujônseic: 1. Melèth tou astrikoô plhjusmoô tou sm nouc, ìpou melet me tic idiìthtec tou eswterikoô kai twn atmosfair n memonwmènwn astèrwn twn smhn n gia sôgkrish me jewrhtik montèla astrik c exèlixhc kai montèla dhmiourgðac twn astèrwn. 2. Melèth thc dunamik c tou astrikoô sm nouc, ìpou melet me tic sullogikèc idiìthtec twn smhn n, ta opoða jewroôme sust mata N swm twn pou allhlepidroôn kai exelðssontai dunamik lìgw twn idðwn kin sewn twn astèrwn pou ta apoteloôn, upì thn epðdrash tou idðou touc dunamikoô kai thc epðdrashc tou pedðou barôthtac tou galaxða ston opoðo an koun. SÔmfwna me ta pio p nw ja tan swstì na qwrðsoume autì to kef laio se dôo mèrh ìpou ja analôsoume, qwrist thn k je perðptwsh. 3

4 4 1.1 Sm nh kai astrik exèlixh EÐdame sto kef laio thc astrik c exèlixhc ìti ènac astèrac exelðssetai qronik kai ìti ton kajoristikì rìlo paðzei h arqik tou m za. Se èna astrikì sm noc deqìmaste, ìti se pr th prosèggish, ìla ta astèria tou dhmiourg jhkan apì to Ðdio mesoastrikì nèfoc ( ra èqoun koin arqik qhmik sôstash) kai m lista thn Ðdia epoq (èqoun thn Ðdia hlikða). 'Ena astrikì sm noc qarakthrðzetai apì: 1. Th qhmik sôstash thn opoða sumbolðzoume me X, Y, Z (periektikìthta se udrogìno, lio kai mètalla antðstoiqa) kai eðnai koin gia ìla ta astèria. kai 2. MÐa katanom maz n M = M 2 M 1 φ(m)dm, ìpou φ(m) to pl joc twn astèrwn pou èqoun m zec apì M èwc M +dm kai M 1,M 2 h el qisth kai mègisth m za pou mporoôn na sunup rqoun se èna sm noc, dedomènou ìti ìla ta astèria upojètoume ìti èqoun koin hlikða. 3. Thn hlikða tou sm nouc, t Isìqronec - Jewrhtik HR diagr mmata An dialèxoume tic kat llhlec timèc gia ta trða fusik megèjh pou eðpame pio p nw, mporoôme gia mða dedomènh qhmik sôstash na broôme mða oikogèneia jewrhtik n kampôlwn astrik c exèlixhc gia ta ìria maz n pou orðzoume kai na tic topojet soume se èna HR di gramma. Sto Sq ma 1.1 blèpoume autèc tic jewrhtikèc isìqronec kampôlec gia diaforetikèc metallikìthtec Z, kai periektikìthta se lio Y. Sto Sq ma 1.2 apeikonðzontai oi jewrhtikèc kampôlec astrik c exèlixhc gia stra me diaforetikèc m zec. 'Opwc eðnai gnwstì, h jewrða thc astrik c exèlixhc problèpei ìti oi megalôterec m zec exelðssontai pio gr gora. 'Ara en ènac astèrac me m za 1M eðnai akìmh sth kurða akoloujða, ènac astèrac me m za 1.5M èqei dh gðnei erujrìc gðgantac. An en soume aut ta shmeða pou antistoiqoôn sthn Ðdia hlikða èqoume mða suneq gramm pou onom zetai isìqronh kai ìpwc eðnai logikì anamènoume na broôme ìla ta astèria tou sm nouc p nw se aut thn isìqronh. Xekin ntac apì llec arqikèc sunj kec kataskeu zoume ta up rqonta montèla astrik c exèlixhc. 'Opwc xèroume, sthn parat rhsh, sun jwc den metr me th jermokrasða th lamprìthta twn astèrwn all ton deðkth qr matoc kai to apìluto mègejoc antðstoiqa (an gnwrðzoume thn apìstash kai to fainìmeno mègejoc). Jewrhtik mporoôme na k noume tètoia metatrop kai na parousi soume tic isìqronec me trìpo pou na plhsi zei perissìtero ta dedomèna twn parathr sewn (Sq ma 1.3). Gia na broôme to pl joc twn strwn dn, pou anamènontai sta di fora tm mata k je mðac isìqronhc qrhsimopoioôme th sqèsh dn = φ(m)d(m), ìpou deqìmaste ìti isqôei h sun rthsh m zac φ(m) =AM x. S mera eðnai

5 5 apodekt h tim x =2.35 kai A eðnai mða stajer. To sunolikì pl joc twn astèrwn brðsketai an oloklhr soume thn pio p nw sqèsh dhlad : MU N = A M x dm, M L ìpou M L kai M U,eÐnai to kat tato kai an tato ìriotwn maz n pou mporoôn na dhmiourghjoôn apì to sugkekrimèno mesoastrikì nèfoc apì to opoðo sqhmatðsthke to sm noc. Lamb nontac upìyh th sun rthsh thc m zac kai to qrìno pou ta astèria pernoôn sta di fora exeliktik touc st dia (ìso pio mikrìc o qrìnoc, tìso mikrìterh h pijanìthta na parathr soume astèria se Σχήμα 1.1: Διάφορες ισόχρονες καμπύλες με διαφορετικές μεταλλικότητες Ζ, και περιεκτικότητα σε ήλιο Υ.

6 6 Σχήμα 1.2: Χαρακτηριστικές θεωρητικές καμπύλες αστρικής εξέλιξης για άστρα με διαφορετικές μάζες Σχήμα 1.3: Ισόχρονες καμπύλες σε παρατηρήσεις τριών αστρικών σμηνών. Το τελευταίο θεωρητικό διάγραμμα μέγεθος - χρώμα δείχνει ισόχρονες διαφορετικών η- λικιών.

7 7 èna tètoio st dio) mporoôme na kataskeu soume jewrhtik HR diagr mmata. GÐnetai eôkola katanohtì ìti oi pio lamproð exeligmènoi astèrec ja eðnai oi pio lðgoi lìgw thc sun rthshc m zac. 'Etsi, ta ken pou up rqoun sto di gramma antistoiqoôn se st dia exèlixhc pou diarkoôn forèc ligìtero qrìno apì ìti lla st dia ìpou up rqei suss reush shmeðwn, me apotèlesma h pijanìthta na parathrhjoôn astèria na eðnai polô mikr. Sthn kurða akoloujða oi astèrec pernoôn to megalôtero qrìno zw c touc, ra to shmeðo ekeðno thc isìqronhc ìpou egkataleðpoun ta astèria thn kurða akoloujða kai onom zetai shmeðo strof c, qarakthrðzei thn hlikða twn astrik n smhn n Parathrhsiak diagr mmata SÔmfwna me ìsa eðpame pio p nw gðnetai fanerì pìso shmantik eðnai h melèth tou astrikoô plhjusmoô twn smhn n gia ton èlegqo twn jewri n thc astrik c exèlixhc kai ton prosdiorismì thc hlikðac touc. O deðkthc qr matoc kai to apìluto mègejoc se meg lo arijmì asteri n enìc sm nouc eðnai ta parathrhsiak dedomèna, pou mporoôme sqetik eôkola na èqoume apì g inec parathr seic. Ston galaxða mac blèpoume kai èqoume parathr sei p ra poll astrik sm nh, en se llouc galaxðec, èqoume parathr seic, an loga me thn apìstash sthn opoða brðskontai (profan c ìso pio makrinoð oi galaxðec tìso pio amudr ta sm nh kai oi astèrec pou an koun se aut ). Gia na elègxoume loipìn tic jewrðec astrik c exèlixhc kai tic jewrhtikèc isìqronec prèpei na kataskeu soume, apì parathr seic, to di gramma megèjouc qr matoc twn parathroômenwn astrik n smhn n. Sun jwc qwrðzoume ta sm nh se dôo basikèc kathgorðec an loga me thn hlikða tou astrikoô touc plhjusmoô. 'Etsi èqoume ta near sm nh (ston galaxða mac eðnai gnwst san anoiqt ) kai ta ghrai sm nh ( sfairwt ìpwc eðnai gnwst sto galaxða mac). Sta Sq mata 1.4 kai 1.5 faðnontai dôo qarakthristik paradeðgmata smhn n tou GalaxÐa mac, èna anoiqtì kai èna kleistì kaj c kai ta antðstoiqa diagr mmata megèjouc qr matoc. Sto Sq ma 1.6 faðnetai èna akìma di gramma megèjouc qr matoc enìc sm nouc tou GalaxÐa mac, p nw sto opoðo èqoun sqediasteð kai oi jewrhtikèc isìqronec kampôlec pou faðnetai na tairi zoun me to parathroômeno diagr mma. 'Etsi oi parathr seic se sunduasmì me thn exèlixh twn jewrhtik n montèlwn allhlosumplhr noun tic gn seic mac kai mac bohjoôn na katano soume, to dôskolo prìblhma thc astrik c exèlixhc Astrik sm nh san mètro apost sewn EÐdame ìti sto sômpan brðskoume astrik sm nh apì tic pio mikrèc h- likðec mèqri tic pio meg lec kai parathroôme astèria ìlwn twn gnwst n kathgori n. MÐa polô shmantik kathgorða astèrwn pou èqei brejeð kai se astrik sm nh eðnai oi metablhtoð astèrec tôpou Keif dwn. Oi astèrec autoð èqoun metablht lamprìthta, h opoða ofeðletai se anap lseic entìc tou epifaneiakoô str matoc touc. H perðodoc twn anapl sewn sqetðzetai me thn

8 8 Σχήμα 1.4: Αριστερά: Χαρακτηριστικό διάγραμμα μέγεθος χρώμα σμήνους με νεαρό αστρικό πληθυσμό. Ανοικτό σμήνος του Γαλαξία μας. Δεξιά: Το ανοικτό σμήνος του Γαλαξία NGC 752. Σχήμα 1.5: Το σφαιρωτό σμήνος του Γαλαξία μας Μ3 (δεξιά) και το αντίστοιχο διάγραμμα μέγεθος χρώμα (αριστερά). apìluth lamprìthta twn astèrwn aut n. Oi metablhtoð autoð eðnai gðgantec astèrec meg lou endiafèrontoc, afoô mporoôn na mac d soun plhroforðec gia thn perðodo thc lamprìtht c touc kai epomènwc to apìluto mègejoc touc. Oi astèrec autoð apoteloôn mða sôntomh f sh thc astrik c exèlixhc kai meletoôntai jewrhtik kai parathrhsiak. Apì th jewrða thc astrik c exèlixhc problèpetai, aut h epoq ast jeiac twn astèrwn kai h antðstoiqh jèsh touc sthn exeliktik troqi. H z nh sthn opoða anamènontai sun jwc emfanðzei èna kenì sto di gramma megèjouc qr matoc.

9 9 Σχήμα 1.6: Το παρατηρούμενο διάγραμμα μέγεθος χρώμα του ανοικτού σμήνους των Υάδων του Γαλαξία μας με θεωρητικές ισόχρονες. Gia touc astèrec polô meg lhc hlikðac oi metablhtoð autoð eðnai gnwstoð me to ìnoma RR Lyrae kai h lamprìthta touc anamènetai se timèc apìlutou megèjouc M V 0.6. To kenì pou parathroôme sth jèsh pou anamènontai oi astèrec tôpou RR Lyrae se diagr mmata HR twn astrik n smhn n mporeð na qrhsimopoihjeð san mètro apìstashc tou en lìgw sm nouc. 1.2 Dunamik exèlixh twn astrik n smhn n 'Opwc èqei anaferjeð ta sm nh apoteloôntai apì astèria me dunamik sunoq kai koinèc idiìthtec. To pl joc twn astèrwn, mporeð na eðnai apì merikèc dek dec mèqri merik ekatommôria, me morfologða apì teleðwc akanìnisth mèqri teleðwc sfairik elleiyoeid kai jaumast summetrða. H morfologða tan aut pou qrhsimopoi jhke ston galaxða mac san krit rio giatic dôo basikèc kathgorðec smhn n pou parathroôntai, ta anoiqt kai sfairwt sm nh. Sun jwc ta anoiqt sm nh èqoun mikrì pl joc astèrwn kai akanìnisto sq ma, en ta sfairwt èqoun meg lo pl joc astèrwn kai summetrikì sq ma. Autèc oi kathgorðec smhn n brðskontai se ìlouc touc galaxðec kai exet zontai qwrist apì thn poyh thc dunamik c touc exèlixhc. Prèpei ìmwc na tonisteð ìti oi idiìthtec aut n twn kathghri n apì poyh astrik c exèlixhc

10 10 poikðloun stouc di forouc galaxðec. Autèc akrib c oi diaforèc eðnai meg lou astrofusikoô endiafèrontoc gia thn katanìhsh thc dunamik c kai astrik c exèlixhc stouc galaxðec. Up rqoun dôo mèjodoi astrik c dunamik c: (a) h analutik mèjodoc, h opoða èqei skopì th majhmatik perigraf tou astrikoô sust matoc, me b sh fusikèc statistikèc upojèseic kai (b) oi prosomoi seic (simulations), oi opoðec eðnai arijmhtikèc mèjodoi pou mac bohjoôn na par goume upojetik sust mata astèrwn me mình fusik touc nìmouc thc barôthtac. Me tic pio p nw mejìdouc mporoôme na prosdiorðsoume gia mða dedomènh qronik stigm th dunamik kat stash tou sust matoc, ìpwc kajorðzoun, h jèsh, h m za kai h taqôthta twn mel n tou IsorropÐa H morf enìc astrikoô sm nouc kajorðzetai kurðwc apì thn isorropða thc kinhtik c enèrgeiac twn astèrwn kai thc dunamik c enèrgeiac lìgw barôthtac. To je rhma Virial, pou ekfr zei mða tètoia isorropða, dðnetai genik apì thn parak tw sqèsh, dedomènou ìti oi metabolèc sta sust mata aut eðnai polô argèc: 2( 1 2 Mv2 )= GM 2 2T + V =0 (1.1) 2R ìpou G hstajer thc barôthtac, T kai V hkinhtik kai h dunamik enèrgeia antðstoiqa, v h mèsh taqôthta twn astèrwn, M holik m za tou sust matoc kai R h aktðna tou sm nouc. Prèpei na shmei soume ìti h olik m za tou sust matoc kai sunep c to pl joc twn astèrwn N, se èna sôsthma, eðnai o par gwn b sei tou opoðou qwrðzoume th dunamik melèth twn smhn n se sust mata me mikrì kai meg lo pl joc astèrwn N QarakthristikoÐ qrìnoi: Dunamikìc qrìnoc Qrìnoc qal rwshc H qronik klðmaka t r sth di rkeia thc opoðac sumbaðnoun shmantikèc allagèc sthn arqik katanom twn taqut twn twn asteri n enìc sm nouc eðnai autì pou orðzoume qrìno qal rwshc tou sust matoc kai brðsketai wc ex c: Kontinèc kaimakrunèc allhlepidr seic: Ac jewr soume dôo astèrec kontinoôc oi opoðoi kinoôntai se uperbolik troqi metaxô touc kai se èna dunamikì antistrìfwc an logo thc apìstashc. JewroÔme ìti gia na proklhjeð apìklish 90 tou dianôsmatoc thc taqôthtac touc h par metroc kroôshc p 0 ja isoôtai me: p 0 = G(m 1 + m 2 )/U 2 rel (1.2) ìpou p = p 0 an ψ =90, m 1 + m 2 h olik m za twn dôo astèrwn kai U rel h sqetik taqôthta sth meg lh apìstash. Se apìstash p 0 h kinhtik kai h dunamik enèrgeia tou zeôgouc eðnai sugkrðsimec. O qrìnoc pou qrei zetai gia mða kontin allhlepðdrash, pou prokaleð apìklish tou anôsmatoc thc

11 11 taqôthtac 90 eðnai: t ce = l U rel (1.3) ìpou l to m koc pou dianôei se èna kôlindro me b sh πp 2 0 h m za m 1. JewroÔme ìti mèsa ston kôlindro autì up rqei mìno ènac astèrac, ra h puknìthta eðnai n = N/V, ìpou V = l πp 2 0 o ìgkoc kai N to pl joc twn strwn Ðson me 1. Efìson n eðnai h topik puknìthta tou sm nouc kai σ ce =4πp 2 0 eðnai h energìc diatom gia skèdash 90, antikajistoôme sthn (1.3) kai èqoume: t ce = l σ ce nu rel = U 2 rel πg 2 (m 1 + m 2 ) 2 n (1.4) 'Eqei gðnei paradektì ìti h qr sh thc pio p nw qronik c klðmakac gia meg lo pl joc N èqei polô meg lh energì diatom. O lìgoc eðnai ìti to dunamikì pedðo pou upojèsame r 1 elatt netai me thn apìstash, oôtwc ste h sôgkroush} dôo maz n gia meg lh tim thc paramètrou p>>p 0 odhgeð se skèdash shmantik. AfoÔ loipìn to pl joc twn allhlepidr sewn meg lhc apìstashc eðnai pio shmantikì apì tic lðgec kontinèc allhlepidr seic, jewroôme ìti to telikì apotèlesma, pou prokaleðtai sta di fora N s mata èqei san kôria phg tic makrinèc allhlepidr seic. An jewr soume ìti m 1 = m 2 kai ìti ψ =90 tìte: GM p 0 = 1 2 U 2 (1.5) ìpou U h mèsh taqôthta. Aut h sqèsh prokôptei an jewr soume th dunamik kai kinhtik enèrgeia dôo astèrwn se apìstash 2p 0 metaxô touc. Tìte σ = 4πp 2 0 = πg2 m 2 U 4 opìte: Δt = U 3 πng 2 m 2. (1.6) Autìc o qrìnoc dðnei proseggistik to di sthma kat to opoðo all zei h kinhtik tou sust matoc. An l bei kaneðc upìyh thn perðptwsh pou all zei h kinhtik kat stash tou astèra lìgw twn di forwn allhloepidr sewn kai orðsoume t r, qrìno qal rwshc, to di sthma sto opoðo h metabol thc enèrgeiac eðnai ΔE, ìpou: ΔE = E 2 (1.7) ìpou E h kinhtik enèrgeia tou astèra, tìte o qrìnoc t r metr ton qrìno pou qrei zetai èna periorismèno sôsthma barôthtac N swm twn na ft sei sto eswterikì tou perðpou katanom taqut twn Maxwell. Sun jwc qrhsimopoioôme ex orismoô to qrìno t rh (pou èqei kajierwjeð apì ton Spitzer kai touc sunerg tec tou) o opoðoc brðsketai an jèsoume mða mèsh puknìthta gia to eswterikì tou sm nouc mèqri thn aktðna R h sthn opoða brðsketai h mis apì th sunolik m za tou me astèrec pou èqoun taqôthta ìsh kai h mèsh

12 12 tetragwnik taqôthta tou sm nouc san sônolo. Autìc o qrìnoc dðnetai apì ton pio k tw tôpo kai suqn lègetai mèsoc qrìnoc qal rwshc: t rh = Um G 2 m 2 n ln(0.4n) = 0.060M 1/2 R 3/2 h mg 1/2 log(0.4n) (1.8) ìpou m h mèsh astrik m za tou sust matoc m = M/N. O suntelest c 0.4 eðnai proseggistikìc all isqôei gia tic peript seic polutrìpwn me kentrik sugkèntrwsh. O deôteroc qrìnoc pou eðnai shmantikìc gia èna astrikì sôsthma eðnai autìc pou orðzoume san dunamikì qrìno kai eðnai h qronik di rkeia pou qrei zetai èna astèri me mèsh taqôthta U m na diasqðzei thn aktðna R h. DÐnetai apì th sqèsh: t d = R h U m = SugkrÐnontac touc dôo qrìnouc brðskoume ìti: 1.58R3 h. (1.9) (GM) 1/2 t d /t rh =26log(0.4N)/N. (1.10) Oi pio p nw sqèseic mac deðqnoun ìti gia ta sust mata ìpwc aut me N 10 3 N 10 5 ìpwc eðnai ta poluplhj near sm nh tou galaxða mac ta sfairwt sm nh antðstoiqa kai oi elleiptikoð galaxðec ìpou N 10 11, o qrìnoc qal rwshc eðnai polô megalôteroc apì ton dunamikì qrìno. 'Etsi, k je astèri se aut ta sust mata diagr fei pollèc troqièc kai allhlepidr me to dunamikì pedðo tou, mèqric ìtou h olik tou enèrgeia kai stroform all xoun shmantik. 'Etsi ta poluplhj sust mata ikanopoioôn tic sunj kec (je rhma Liouville) pou mac kajorðzoun ìti h puknìthta tou sust matoc eðnai sqedìn stajer gia k je peristrof dhlad f = f(e,j) ìpou E h katanom thc enèrgeiac pou kajwrðzetai apì to dunamikì pou epikrateð kai J h stroform. Gia ta astrik sm nh sun jwc t rh << t A.Σ.,ìpout A.Σ. eðnai h hlikða tou sm nouc ìpwc kajorðzetai apì thn astrik exèlixh. 'Etsi sta sm nh aut h hlikða thc astrik c exèlixhc mac epitrèpei na deqtoôme ìti èqei epiteuqjeð katanom taqut twn pou mac k nei na sumperaðnoume ìti up rqei isorropða sto eswterikì touc. Gia elleiptikoôc galaxðec en toôtoic ìpou o qrìnoc t rh eðnai megalôteroc apì thn hlikða tou sômpantoc, h qal rwsh den mporeð na èqei proklhjeð apì mhqanismì allhlepidr sewn twn astèrwn an dôo (two body encounters). Par ìla aut parathreðtai ìti oi taqôthtec èqoun ft sei tètoia katanom, pou moi zei me katanom Maxwell. Autì akrib c to fainìmeno od ghse sthn peraitèrw diereônhsh tou jèmatoc kai anaptôqjhke h jewrða thc pio bðaihc epðteuxhc thc qal rwshc, h opoða jewroôme ìti lamb nei q ra kat ta arqik st dia thc dhmiourgðac k je astrikoô sust matoc (violent relaxation).

13 Dunamik exèlixh twn smhn n 'Opwc kai sthn astrik exèlixh, ètsi kai sth dunamik exèlixh twn smhn n ja jewr soume dôo st dia. Pr ton prèpei na orðsoume th dom tou sust matoc gia k poia qronik stigm sugkekrimènh kai na broôme poiec par metroi thn kajorðzoun. DeÔteron diereunoôme thn exèlixh aut n twn paramètrwn met tou qrìnou, ìpwc ton orðsame sthn prohgoômenh par grafo (o qrìnoc qal rwshc jewreðtai mon da qrìnou). 'Opwc gðnetai antilhptì oi trìpoi pou melet me sust mata me tìso meg - lo pl joc swm twn apaitoôn polô qronobìrec kai pan kribec upologistikèc mejìdouc. Oi ereunhtèc anèptuxan mejìdouc gia th melèth thc dunamik c exèlixhc twn susthm twn pou qwrðzontai se dôo basikèc kathgorðec. 1. Mèjodoi Monte-Carlo. Se autèc tic mejìdouc diathreðtai h memonwmènh fôsh twn swm twn kai mìnon oi allhlepidr seic metaxô touc lamb nontai upìyh. 2. Udrodunamikèc mejìdoi. Se autèc tic mejìdouc ta sust mata exet zontai san èna reustì me energì ix dec k.lp. pou prokôptoun apì allhlepidr seic dôo swm twn. Sth sunèqeia ja doôme perilhptik th dunamik exèlixh twn smhn n (I) gia sust mata me meg lo pl joc N (N >10 3 ) kai (II) gia sust mata me pl joc N<10 3. JewroÔme kurðwc treðc periìdouc a) thn arqik b) thn sqedìn stajer perðodo kai g)to telikì st dio thc zw c enìc astrikoô sust matoc. (I) Sust mata men>10 3 astèria a) Arqikì st dio. H qronik perðodoc kat thn opoða ta astrik sust mata fj noun se katanomèc taqut twn Maxwell all h hlikða touc epeid eðnai mikrìterh apì to qrìno t rh den epitrèpei na upojèsoume ìti o mhqanismìc, pou all zei thn energeiak touc kat stash perigr fetai apì allhlepidr seic twn swm twn an dôo}, lègetai arqikì st dio. Sto arqikì autì st dio h melèth basðzetai sthn upìjesh ìti h exèlixh gðnetai taqôtata lìgw isqur n sullogik n fainomènwn, ta opoða epidroôn sto prwtarqikì sôsthma. To prwtarqikì sôsthma den brðsketai se kamða isorropða kai ufðstatai makroskopikèc diakum nseic pou diarkoôn polô mikr qronik perðodo. Kat autìn ton qrìno h katanom thc puknìthtac sto sôsthma den exart tai apì tic memonomènec m zec twn mel n tou. Gia na perigr youme to sôsthma ja prèpei na d soume thn aktinik katanom thc puknìthtac tou, ìpwc prokôptei apì thn energeiak tou kat stash, dhlad thn sun rthsh f(r, u) ìpou r eðnai h apìstash apì to kèntro kai u h taqôthta tou sust matoc se autì to shmeðo. Arijmhtikèc lôseic gia di forec arqikèc sunj kec dðnoun di forec tètoiec katanomèc pou

14 14 h melèth touc xepern ta ìria autoô tou biblðou. EkeÐno pou Ðswc eðnai axiìlogo na shmeiwjeð eðnai ìti san arqikèc sunj kec lamb nontai se pr th prosèggish, h sfairikìthta tou sust matoc (omoiìmorfh puknìthta kai diaspor taqut twn) kai di forec timèc thc stroform c pou arqðzoun apì mhdèn. An p li san arqik sunj kh jewrhjeð ìti h puknìthta akoloujeð to nìmo Fermi-Dirac (ekfulismènh kat stash) tìte h diereônhsh gðnetai diaforetik kai telik kat to arqikì st dio} to sm noc katal gei se katanom puknìthtac pou moi zei polô thn katanom Maxwell (sth mh ekfulismènh perðptwsh). b) St dio sqedìn stajer c kat stashc. Met apì merikèc periìdouc diakum nsewn met thn arqik kat rreush tou sust matoc, epitugq netai mða k poia dunamik isorropða, h opoða all zei arg se qronikèc klðmakec thc t xewc tou qrìnou qal rwshc}. Se aut thn perðodo to sm noc apoteleðtai apì treic perioqèc qarakthristikèc gia th dom tou: 1) pur na, 2) thn lw kai 3) thn perioq twn astèrwn pou diafeôgoun. 1) O pur nac apoteleð thn pio eswterik perioq tou sm nouc ìpou upojètoume ìti isqôei topik jermodunamik isorropða. Aut h isorropða èqei epiteuqjeð apì thn arqik f sh qal rwshc pou perigr yame prohgoumènwc kai pou epakoloôjhse thn kat rreush twn swm twn ston pur na. H isorropða tèloc upojètoume ìti diathreðtai apì diakekrimmènouc allhloepidr seic dôo swm twn}. To profðl puknìthtac enìc tètoiou sust matoc (dhlad h aktinik katanom thc puknìthtac pl jouc astèrwn) pou jewreðtai isìjermh sfaðra se topik isorropða, dðnetai apì th sqèsh thc katanom c puknìthtac thc enèrgeiac tou sust matoc oloklhr nontac gia ìlec tic timèc thc orm c tou. Dhlad an èqoume mða katanom Maxwell gia thn enèrgeia isqôei: f(e) exp( E/U 2 m ) (1.11) ìpou E = U 2 2 +Φ(r) eðnai h olikh enèrgeia se èna sm noc mèsh taqôthta U kai dunamikì Φ(r). H puknìthta dðnetai san sun rthsh thc apìstashc apì to kèntro: n(r) = f(e)d 3 p exp( 3Φ(r)/Um) 2 (1.12) p n(r) = n 0 exp( 3Φ(r)/U 2 m) (1.13) ìpou n 0 h kentrik puknìthta gia φ(0) = 0. SÔmfwna me aut th sqèsh ja prèpei kai h olik m za na eðnai sun rthsh thc apìstashc r apì to kèntro tou sm nouc wc: M(r) = 1 3 πnr3. (1.14) AfoÔ ìmwc h m za eðnai peperasmènh, tìte h sunj kh pou isqôei gia mða isìjermh sfaðra ja kajorðzei mða oriak aktðna R c pou orðzei ton pur na tou

15 15 sm nouc. H aktðna aut ja prèpei na eðnai polô mikr se sqèsh me thn olik aktðna tou sm nouc. O lìgoc pou sumbaðnei autì eðnai, ìti h isorropða den diathreitai stajer giatð ta astèria, pou èqoun meg lec taqôthtec xefeôgoun proc ta èxw kai suqn egkataleðpoun to sm noc. 'Ara oi exwterikèc perioqèc den mporoôn na apokt soun isorropða mèsa se mikr qronik diast mata par mìno se qrìnouc Ðsouc me to qrìno qal rwshc. 2) H lwc eðnai h perioq tou sm nouc pou perib llei ton pur na kai mporeð na dhmiourghjeð se èna sm noc kat to arqikì st dio thc zw c tou, dhlad kat thn arqik barutik kat rreus tou prwtosm nouc}. Hkatanom kai enèrgeiac eðnai diaforetik apì ìti ston pur na. Kaj c proqwreð h zw tou sm nouc ta astèria meg lhc taqôthtac diafeôgoun apì ton pur na kai h lwc sunthreðtai me enèrgeia suneq c auxanìmenh apì ta astèria me teleðwc èkkentrec troqièc pou diasqðzoun sthn poreða touc ton isìjermo pur na. 'Oso aux netai h enèrgeia twn asteri n sthn lw, oi perðodoi touc aux nontai sômfwna me ton nìmotou Kepler: P (E) =2πGM/( 2t) 3/2 (1.15) H perioq sthn opoða h enèrgeia gðnetai mhdèn (sta exwterik ìria tou sm nouc) orðzei thn oriak aktðna tou sm nouc. H katanom puknìthtac sthn lw exart tai apì thn apìstash apì to kèntro tou sm nouc wc ex c: n(r) =ar 7/2 (1.16) O nìmoc autìc thc puknìthtac sunep getai ìti h m za brðsketai kurðwc sugkentrwmènh stic eswterikèc perioqèc tou sm nouc. 3) H perioq diafug c kai h palirroiak aktðna. H exwterik perioq twn smhn n, ta opoða ìpwc xèroume den eðnai memonwmèna, èqei ìria pou kajorðzontai apì to barutikì pedðo thc olik c m zac tou galaxða ston opoðo an koun. To ìrio autì orðzei thn palirroiak aktðna tou sm nouc, h opoða ìpwc eðnai fanerì ja exart tai proseggistik apì tic m zec tou sm nouc M c kai tou galaxða M G kai thn mègisth apìstash R G tou sm nouc p nw sthn troqi tou, apì to kèntro peristrof c tou galaxða: ( ) 1/3 MC r t R G (1.17) M G H katanom puknìthtac sthn perioq aut akoloujeð th sqèsh: n r 2 (1.18) Sth di rkeia thc dunamik c exèlixhc tou sm nouc exet zontai oi metabolèc twn paramètrwn tou sust matoc se qronik diast mata thc t xewc megèjouc tou qrìnou qal rwshc} (afoô mìno se aut ta qronik diast mata parathroôntai metabolèc). H aktðna pou perièqei to 10% thc m zac (R c ) e- latt netai, en h aktðna pou perièqei to 90% thc m zac tou (r t ) aux netai.

16 16 Tèloc h aktðna pou perièqei th mis m za r η eðnai h pio stajer posìthta sth di rkeia thc zw c enìc sust matoc. Apì parathr seic sfairwt n smhn n èqei epibebaiwjeð, ìti pr gmati up rqoun autèc oi perioqèc pou anamènontai jewrhtik. SunoyÐzontac mporoôme na poôme ìti h dunamik kat stash twn astrik n susthm twn kajorðzetai apì tic ex c paramètrouc: a) thn aktðna R c tou pur na, b) mða arqik kentrik puknìthta f 0 kai g) thn oriak aktðna r t pou kajorðzetai apì tic upojèseic pou èqoume k nei kai anafèrame leptomer c pio p nw. g) Telik st dia thc dunamik c exèlixhc. Kaj c to sôsthma exelðssetai h exwterik aktðna tou sm nouc megal nei en aux nei h puknìthta stic kentrikèc perioqèc stic opoðec sugkentr nontai kurðwc oi barôteroi astèrec. To fainìmeno autì eðnai apotèlesma tou ex c gegonìtoc. Me thn p rodo tou qrìnou h jermik isorropða odhgeð se isokatanom thc enèrgeiac, dhlad ta pio elafr astèria ja èqoun megalôterec taqôthtec, ra an èqoume sto sôsthma astèria me diaforetikèc taqôthtec u 1, u 2 : 1 2 m 1u 2 1 = 1 2 m 2u 2 2 = staj. (1.19) 'Ara h katanom twn pio bari n astèrwn ja eðnai diaforetik apì aut twn elafr n oi opoðoi brðskontai kurðwc proc ta èxw. H exèlixh autoô tou fainomènou (mass segregation) kaj c kai lla polôploka fainìmena ìpwc, tribèc me mesoastrik Ôlh, peristrof k.lp. aux noun suneq c thn kentrik puknìthta mèqric ìtou arqðsei h dhmiourgða zeug n astèrwn sto kèntro kai antðstoiqa diafug astèrwn apì tic exwterikèc perioqèc kai di lush tou sm nouc. H kentrik aôxhsh thc puknìthtac lègetai kat rreush tou pur na (core collapse) kai gðnetai antikeðmeno eureðac melèthc ta teleutaða qrìnia me thn an ptuxh twn hlektronik n upologist n kai twn mejìdwn parat rhshc. (II) Sust mata me mikrì pl joc astèrwn N Gia sust mata ìpwc eðnai ta anoiqt sm nh tou galaxða mac sta opoða to pl joc twn astèrwn eðnai N < 10 3, oi arijmhtikèc exomoi seic eðnai pio anagkaðec, giatð oi arijmoð eðnai mikroð kai emfanðzontai meg lec diakum nseic sth statistik antimet pish tou probl matoc. H kuriìterh diafor, pou prokôptei apì ìsa eðpame se prohgoômenh par - grafo, eðnai ìti gia mikrì N o qrìnoc qal rwshc} den xepern kat polô ton dunamikì qrìno} (t rh 3t d ) kai epomènwc ta apotelèsmata thc diereônhshc thc dunamik c exèlixhc ja diafèroun poiotik. Oi jewrhtikèc melètec pou èqoun gðnei gia sust mata me mikrì N deðqnoun ìti a) oi aktðnec pou perièqoun sugkekrimèno posostì m zac metab llontai met tou qrìnou, ìpwc akrib c kai sta sust mata me meg lo N, b) h diafug

17 17 twn astèrwn sta pr ta kai endi mesa st dia thc zw c tou sm nouc gðnetai me ton rujmì pou brèjhke gia ta sust mata me meg lo N, g) h sugkèntrwsh twn meg lhc m zac astèrwn kai h barutik kat rreush ston pur na gðnontai me ton trìpo pou gðnetai se sust mata me meg lo N all epeid ìla ta pio p nw fainìmena eðnai sun rthsh tou qrìnou qal rwshc}, ìla sumbaðnoun se polô mikrìterec qronikèc klðmakec. 'Etsi èna anoiqtì sm noc me polô mikrì N exelðssetai, (kat apìluto qrìno) taqôtata. Gia autì ta anoiqt sm nh tou galaxða mac perièqoun polô mikrì pl joc astèrwn (suqn N<500) all lamproôc kai hlikðaw thc t xewc twn 10 7 et n èqoun dh exeliqjeð dunamik kai poll brðskontai sto telikì st dio thc dunamik c exèlixhc touc, en oi astèrec eðnai apì poyh astrik c exèlixhc sqetik polô nèoi.

18 18 BibliografÐa "La Galaxie, L' Universe Extragalactique", Bureau de Longitudes, Gauthier-Villars, Bordas, Paris, Encyclopedie Scientifique de l' Universe. "Galaxies: Structure andevolution", R. Tayler, "Our Evolving Universe", M.S. Longair, Cambridge Univ. Press, "Galaxies & Cosmology", F. Combes, P. Boisse, A. Mazure, and A. Blanchard, Springer, "Modern Astrophysics", B. W. Carroll and D. A. Ostlie, Addison- Wesley Pub. Co.,1996 "Physics of Nearby Galaxies, Nature or Narture?", T. X. Thuan, C, Balkowski andj.t.t. Van, Editions Frontieres, "Exercises in Practical Astronomy using Photographs", M. T. Bruck, Adam Hilger, "Astronomy from Wide-Field Imaging", IAU Symp. 161, Kluwer Acad. Publ., 1994, (ed. H. T. MacGillivray etal) "Wide Field Spectroscopy", (Ed. Acad. Publ. E. Kontizas et al), 1997, Kluwer "The New Physics", (ed. P. Davies) 1989, Cambridge Universe Press.

19 KEF ALAIO 2 O GalaxÐac mac H galaktìqrwmh ter stia tainða ston kalokairinì mac ouranì eðnai se ìlouc mac gnwstì ìti apoteleðtai apì ekatommôria stra pou an koun ston GalaxÐa mac. GalaxÐec eðnai ta meg lhc klðmakac our nia s mata ta opoða apoteloôntai apì astèria, aèrio, skoteinì ulikì kai uposust mata aut n. An loga me thn morfologða touc katat ssontai se treic genikèc kathgorðec, touc elleiptikoôc, touc speiroeideðc kai touc an malouc kai pollèc upokathgorðec antðstoiqa. Apì ton 17o ai na dh oi parathr seic tou GalilaÐou èdeixan ìti h tainða aut eðnai h probol ston ouranì tou dðskou tou galaxða mac, all mìno stic arqèc tou 20ou ai na ègine antilhptì ìti o 'Hlioc den eðnai sto kèntro tou. Akrib c aut h parat rhsh kai to gegonìc ìti briskìmaste mèsa ston galaxða k nei polô dôskolh thn pl rh eikìna thc morfologðac kai twn idiot twn tou. T ra plèon xèroume ìti eðnai ènac speiroeid c galaxðac kai kat polô prìsfatec diapist seic rabdwtìc. Oi polôqronec parathr seic tou astrikoô plhjusmoô, tou aerðou kai h sôgkrish me llouc galaxðec mac od ghsan se mia kal eikìna gia thn morfologða kai tic idiìthtec tou GalaxÐa mac. H epik luyh twn diafìrwn uposusthm twn ta opoða emeðc parathroôme se probol kai to gegonìc ìti ènac n noc sfairoeid c galaxðac o Sagittarius brðsketai mèsa ston dikì mac (diadikasða suqn h sun nthsh kai sunènwsh galaxi n sto sômpan) kai ephre zei thn gôrw tou perioq mèqric ìtou oloklhrwjeð h diadikasða thc omogenopoðhshctwn dôo galaxi n, k nei akìmh pio dôskolh thn melèth tou GalaxÐa mac. Par ìla aut o GalaxÐa mac apoteleð to ergast riostoopoðo parathroôme tic idiìthtec kai thn emf nish twn dunamik n, qhmik n, energeiak n fainomènwn kai thn epðdrash touc sthn morfologða kai exèlixh twn galaxi n. Sto Sq ma 2.1 parathroôme thn morfologða tou GalaxÐa mac kai thn sôgqronh 19

20 20 Σχήμα 2.1: Η μορφολογία του Γαλαξία μας και η σύγχρονη αντίληψη των διαφόρων υποσυστημάτων του. antðlhyh twn diafìrwn uposusthm twn tou. 2.1 KÔriec sunist sec tou GalaxÐa mac O GalaxÐac mac apoteleðtai apì to mesoastrikì aèrio, perðpou astèria, energeiak swm tia kai thn skotein Ôlh. H Ôlh tou eðnai organwmènh se dôo sunist sec, thn sfairoeid sunist sa kai ton dðsko kai h k je mða antðstoiqa qwrðzetai se uposust mata. 1. SfairoeideÐc sunist sec: ApoteleÐtai apì ton pur na, to kentrikì tm ma (bulge), thn astrik lw kai thn lw thc skotein c Ôlhc. To kentrikì tm ma èqei elleiyoeidèc sq ma (polô prìsfata up rqoun èntonec endeðxeic ìti prìkeitai gia r bdo) me thn meg lh di metro perðpou 2Kpc kai meg lh puknìthta. H lwc eðnai polô pio araiì sôsthma (teleutaða pisteôoume ìti up rqoun dôo tètoia sfairoeid sust mata thc astrik c lw, h peplatusmènh (ghrai ) kai h sfairik (near ) me sunolik di metro > 100Kpc). Tèloc h skotein lwc par ìlo pou akìmh den eðnai epibebaiwmènh h fôsh

21 21 thc, fj nei polô èxw apì ta 200Kpc se di metro kai èqei m za perðpou M. 2. DÐskoc: O dðskoc oi di foroi dðskoi apoteloôn to peplatusmèno sôsthma tou galaxða mac me di metro 50Kpc kai p qoc pou fj nei apì Kpc. H lamprìthta tou elatt netai apì to kèntro ekjetik. Aut h sunist sa perièqei thn speiroeid dom pou qarakthrðzei thn morfologða tou. O dðskoc qwrðzetai se uposust mata ìpwc o dðskoc aerðou, o leptìc dðskoc (nearìc, ghraiìc) kai o paqôc dðskoc me idiìthtec antðstoiqa pou faðnontai ston PÐnaka 1. O'Hlioc brðsketai ston dðsko tou galaxða mac se apìstash 15pc p nw apì to epðpedo tou ishmerinoô kai se apìstash 8.5Kpc apì to kèntro tou GalaxÐa gôrw apì to opoðo peristrèfetai me taqôthta peristrof c 210Km/sec. 2.2 Peristrof tou GalaxÐa O GalaxÐac mac san sônolo peristrèfetai gôrw apì ton xona tou all ìla ta antikeðmena den èqoun thn Ðdia taqôthta. K je our nio s ma èqei mða taqôthta peristrof c gôrw apì to galaxiakì kèntro kai mða taqôthta metakðnhshc pou qarakthrðzei thn idða tou kðnhsh. HidÐataqÔthta tou 'Hliou, dðnetai se sqèsh me thn kðnhsh tou wc proc touc geitonikoôc astèrec pou apoteloôn to topikì sôsthma taqut twn. 'Eqei brejeð ìti h taqôthta tou 'Hliou eðnai 19.5Km/sec wc proc ton asterismì tou Hrakl (α =18h, δ = 30 ). Oi kuklikèc taqôthtec parousi zoun endiafèron giatð qarakthrðzoun thn dunamik twn diafìrwn susthm twn kai kurðwc mac dðnoun plhroforðec gia thn domh tou GalaxÐa. Ta our nia s mata se apìstash mèqri 600pc peristrèfontai me taqôthtec pou antistoiqoôn se peristrof stereoô s matoc dhlad èqoun ìla thn Ðdia gwniak taqôthta en h grammik touc taqôthta exart tai apì thn apìstash touc apì to kèntro tou GalaxÐa. AntÐjeta se megalôterec apost seic oi taqôthtec den eðnai Ðdiec all ìso apomakrunìmaste apì to kèntro oi gwniakèc taqôthtec elatt nontai shmantik en h grammik taqôthta peristrof c paramènei praktik h Ðdia perðpou 250Km/sec apì 1 èwc 15Kpc apì to Galaxiakì kèntro. 'Etsi o 'Hlioc pou brðsketai se apìstash 10Kpc (qrhsimopoioôme thn tim 10 sun jwc gia thn aploôsteush twn upologism n) qrei zetai perðpou 240 ekatommôria qrìnia gia na k nei mða pl rh peristrof gôrw apì to Galaxiakì kèntro.

22 22 Πίνακας 1: Δίσκοι και Σφαιροειδείς συνιστώσες. Ιδιότητες. ShmeÐwseic: a) Holik m za mporeð na ft sei M se aktðna mèqri r = 230kpc b) M skình /M aèrio =0.007 H c) H olik lamprìthta tou GalaxÐa eðnai L B,sun = L, L bol = L ( 30% sto upèrujro) d) H klðmaka Ôyouc tou leptoô dðskou eðnai 50pc. Oi hlikðec eðnai abèbaiec.

23 23 Σχήμα 2.2: Ορισμός γαλαξιακών συντεταγμένων KampÔlh peristrof c H kampôlh peristrof c enìc galaxða orðzetai wc h sun rthsh thc taqôthtac peristrof c twn diafìrwn shmeðwn tou wc proc thn apìstash apì to Galaxiakì kèntro (Sq ma 2.3). H mètrhsh thc taqôthtac peristrof c sthrðzetai sth mètrhsh twn aktinik n taqut twn twn diafìrwn shmeðwn wc proc ton 'Hlio mac. H eôresh thc taqôthtac peristrof c gðnetai wc ex c: 'Estw astèrac E, se galaxiakì m koc l kai apìstash R apì to galaxiakì kèntro. An r hapìstash tou astèra apì ton 'Hlio H kai èqei grammik taqôthta peristrof c Θ en me Σχήμα 2.3: Γενική θεώρηση της περιστροφής των σπειροειδών γαλαξιών.

24 24 Σχήμα 2.4: Η γεωμετρία για την ταχύτητα περιστροφής του αερίου σε ένα σημείο στο δίσκο του Γαλαξία μας σαν συνάρτηση του γαλαξιακού μήκους l και της ακτινικής ταχύτητας Ω(R), που μετράμε, διορθωμένη από την συνιστώσα της αντίστοιχης ταχύτητας του Ηλιου. Θ 0 sumbolðzoume antðstoiqa thn taqôthta tou 'Hliou, tìte h parathroômenh aktinik taqôthta VR E tou astèra E eðnai h diafor twn probol n twn Θ kai Θ 0 kat m koc thc epibatik c aktðnac HE. VR E = Θcosa Θ 0 cos(90 l) VR E = Θcosa Θ 0 sin l Sto trðgwno HEK isqôei sin l R = sin(90 +α) R 0 = cos α R 0 s,opìte: V E R = Θ R R 0 sin l Θ 0 sin l (2.1) Epomènwc h (2.1) mac dðnei thn kampôlh peristrof c tou GalaxÐa mac arkeð na gnwrðzoume tic timèc twn V E R,R 0 kai Θ 0 gia ta di fora galaxiak m kh l. Sugkekrimèna gia l =0 kai 180 haktinik taqôthta V E R =0.

25 Stajerèc tou Oort EÐnai fanerì ìti gia thn eôresh thc taqôthtac Θ enìc antikeimènou a- paiteðtai h gn sh thc aktinik c taqôthtac, kai twn R 0 kai Θ 0 (antðstoiqec timèc thc galaktokentrik c apìstashc kai taqôthtac peristrof c tou 'Hliou). Istorik o Oort ìrise th diaforik peristrof sth geitoni tou 'Hliou me th bo jeia mðac stajer c A pou sundèetai me thn klðsh thc kampôlhc peristrof c sto shmeðo R = R 0. Aut h mèjodoc apaiteð th mètrhsh ter stiou pl jouc aktinik n taqut twn diafìrwn antikeimènwn se ìlec tic dunatèc apost seic kai dieujônseic gôrw apì ton 'Hlio. Apì thn exðswsh (2.1) gia gwniakèc taqôthtec ω kai ω 0 antðstoiqa èqoume: thn aktinik V r kai efaptomenik V τ sunist sa: V R = (ω ω 0 )R 0 sin l (2.2) V T = (ω ω 0 )R 0 cos l ωr. (2.3) An ptuxh se seirèc kat Taylor tou ω ω 0, od ghse ton Oort sth lôsh twn exis sewn (2.2), (2.3) kai sthn èkfrash twn tim n twn aktinik n taqut twn san sun rthsh tou galaxiakoô m kouc l kai thc hliokentrik c apìstashc b sei thc stajer c A pou eðnai gnwst wc stajer tou Oort. AntÐstoiqa ìrise mða deôterh stajer B gia ton prosdiorismì thc efaptomenik c taqôthtac. V R = Ar sin 2l (2.4) V T = Ar cos 2l + Br (2.5) Apì parathr seic aktinik n taqut twn poll n astèrwn epibebaðwse autèc tic exis seic kai kajìrise thn tim tou R 0 Apì thn llh pleur o prosdiorismìc tou kèntrou tou GalaxÐa mac ègine apì thn eôresh tou kèntrou thc sfairoeidoôc katanom c twn astrik n smhn n (Sq ma 2.5) kai twn astèrwn RR Lyrae. Apì tic timèc twn stajer n tou Oort A kai B kai thn apìstash R 0 brðskoume thn taqôthta peristrof c Θ 0 tou HlÐou apì th sqèsh Θ=(A B)R 0. Tèloc h katanom twn sfairwt n smhn n, h taqôthta apom krunshc twn kontin n mac galaxi n eðnai mèjodoi, pou qrhsimopoioôntai gia thn eôresh tou kèntrou tou galaxða mac. TeleutaÐa o HIPPARCOS, o dorufìroc o opoðoc eðqe stìqo th mètrhsh akrib n tim n thc idðac taqôthtac twn strwn (proper motion), parèqei th sqetik taqôthta twn astèrwn kai antistoiqeð sthn efaptomenik sunist sa thc taqôthtac V T pou orðsthke sth sqèsh (2.5). Oi timèc twn apost sewn pou mac èdwse o Hipparcos eðnai exairetik akribeðc Prosdiorismìc twn kampul n peristrof c H diaforik kampôlh peristrof c mporeð na melethjeð, gia ta antikeðmena gia ta opoða eðnai gnwst h apìstash kai oi aktinikèc taqôthtec. H mètrhsh thc aktinik c taqôthtac apì to f sma, den eðnai p nta dunat gia

26 26 makrin antikeðmena. 'Hdh ìmwc apì ta mèsa tou 2ou PagkosmÐou Polèmou mða epanastatik anak luyh thc AstronomÐac gia ton ai na mac tan h mètrhsh thc aktinobolðac tou oudèterou udrogìnou sto m koc kômatoc twn 21 cm. To gegonìc ìti to prwtìnio kai to hlektrìnio, ta opoða apoteloôn to tomo tou udrogìnou èqoun spin kai magnhtik rop ta k nei na sumperifèrontai san mikr dðpola kai parousi zoun diafor enèrgeiac me spin par llhla kai antipar llhla, ìpou h par llhlh kat stash eðnai pio energeiak. 'Otan ta spin all zoun apì par llhla se antipar llhla tìte ekpèmpetai aktinobolða sta 21 cm. An gnwrðzoume thn hliokentrik apìstash r enìc nèfouc H kai to galaxiakì m koc l, brðskoume th galaktokentrik apìstash wc ex c: R = R r 2 2rR 0 cos l kai apì th sqèsh (2.2) pou dh orðsame V R = Θ R R 0 sin l Θ 0 sin l brðskoume thn kampôlh peristrof c. Par ìla aut up rqoun periorismoð gia tic perioqèc oudetèrou udrogìnou pou mporoôn na parathrhjoôn lìgw thc Σχήμα 2.5: Η κατανομή των σφαιρωτών σμηνών στο Γαλαξία μας επάνω στην εικόνα του Γαλαξιακού δίσκου από τον τεχνητό δορυφόρο COBE.

27 27 Σχήμα 2.6: Η καμπύλη περιστροφής του γαλαξία Μ31.Τα παρατηρόύμενα σημεία (ρόμβοι) και οι αντίστοιχες θεωρητικές καμπύλες για τα διάφορα υποσυστήματα του γαλαξία, όπως αστέρες (etoiles), άλως (halo), κεντρικό σφαιρικό υποσύστημα (bulge), κεντρική μελανή οπή (trou noir), αέριο (gas). jèshc mac sto GalaxÐa. EpÐshc parathroôme, ìti to montèlo enìc summetrikoô dðskou eðnai uperaplousteumèno. H mèsh kampôlh peristrof c enìc galaxða faðnetai sto Sq ma 2.6 kai deðqnei apìtomh aôxhsh sthn polô kentrik perioq kai met paramènei sqedìn stajer. Oi jewrhtikèc kampôlec peristrof c twn uposusthm twn deðqnoun th summetoq touc sthn parathroômenh kampôlh KampÔlh peristrof c kai skotein Ôlh H barôthta thc fwtein c Ôlhc tou GalaxÐa den arkeð gia na ermhneôsei tic uyhlèc taqôthtec peristrof c twn astèrwn tou GalaxÐa mac. Gia par deigma, o 'Hlioc èqei brejeð ìti kineðtai perðpou 60km/sec pio gr gora apì to anamenìmeno. H diafor an mesa stic dôo kampôlec tou Sq matoc 2.8 eðnai èna stoiqeðo pou upodhl nei thn Ôparxh skotein c Ôlhc. 2.3 H speiroeid c dom tou GalaxÐa mac To atomikì udrogìno apoteleð to kuriìtero sustatikì thc mesoastrik c Ôlhc all to ionismèno udrogìno HII, eðnai exðsou shmantikì kai mazð me to monoxeðdio tou njraka apoteloôn ta kôria sustatik thc mh astrik c Ôlhc. Sto Sq ma 2.9 faðnetai h katanom twn perioq n tou ionismènou udrogìnou tou GalaxÐa mac ìpwc èqei aniqneujeð apì optikèc kai r dio-parathr seic, oi opoðec orðzoun tic speðrec tou GalaxÐa mac. H speiroeid c dom p ntwc apoteleð antikeðmeno melèthc kai diafìrwn jewri n tic teleutaðec dekaetðec. H diaforik peristrof apì mình thc den mporeð na exhg sei aut th morfologða.

28 28 Σχήμα 2.7: Η καμπύλη περιστροφής του Γαλαξία μας από διάφορες παρατηρήσεις, του ουδέτερου HI, του ιονισμένου HII και των Πλανητικών Νεφελωμάτων. Σχήμα 2.8: Η παρατηρούμενη καμπύλη παριστροφής του Γαλαξία μας και η αναμενόμενη από την ύπαρξη της φωτεινής ύλης. H hlikða tou galaxða eðnai qrìnia en o qrìnoc peristrof c eðnai qrìnia. Pou sunep getai, ìti oi speðrec ja eðqan tuliqteð pollèc forèc kai telik ja eðqe epèljei di qush, apì tic diadoqikèc allhlepidr seic. E n o qrìnoc zw c twn speir n tan mikrìc, tìte oi speiroeideðc galaxðec ja tan ligostoð, pr gma pou den sumbaðnei mia kai sto SÔmpan, pou parathroôme uperteroôn oi speiroeideðc. 'Ara oi braqðonec den mporeð na apoteloôn domèc Ôlhc, pou summetèqoun sthn peristrof tou sunìlou. O Lin kai oi sunerg tec

29 29 Σχήμα 2.9: Η σπειροειδής δομή του Γαλαξία μας. tou jewroôn ìti oi speiroeideðc braqðonec eðnai to Ðqnoc kum twn puknìthtac, pou metakinoôntai sto epðpedo tou galaxða me taqôthta diaforetik apì aut thc Ôlhc thn opoða den parasôroun. Epomènwc o galaxðac jewreðtai san èna ugrì apì astèrec, sto opoðo jewroôme, ìti mia diataraq tou barutikoô dunamikoô speiroeidoôc morf c, epiprostðjetai sthn galaxiak peristrof. Autì to kôma metatðjetai me stajer gwniak taqôthta. Wstìso, h jewrða twn kum twn puknìthtac par ìlo pou exhgeð merik c th speiroeid dom, den exhgeð ìlh thn poikilða twn dom n aut n, oôte ton trìpo me ton opoðon dhmiourgoôntai. Oi upojèseic kai oi mhqanismoð, pou èqoun kat kairoôc protajeð eðnai perissìteroi apì ènac suqn sunduasmìc touc. H jewrða twn kum twn puknìthtac eðnai akrib c, ìpwc h pleôsh ploðou sth j lassa, ìpou to nerìsto pèrasma tou dhmiourgeð kumatismoôc èna kôma akoloujeð to ploðo, all h m za tou neroô den taxideôei me to ploðo. 'Etsi akrib c mða diataraq sth j lassa astèrwn kai aerðou tou GalaxÐa mac, taxideôei me dik thc taqôthta kai sto pèrasm thc ephre zei thn kðnhsh thc Ôlhc pou sunant. Ta men stra me mikrèc epipt seic sthn kðnhs touc pernoôn apì to kôma thc diataraq c, en to aèrio sugkentr netai mèqric ìtou oi sunj kec gðnoun kat llhlec gia th dhmiourgða astèrwn kai tìte arqðzei h èntonh ekpomp, apì ta nèa astèria, sth speðra. Sto GalaxÐa mac h gwniak taqôthta tou kômatoc eðnai perðpou 13km sec 1 kpc 1 kai to eidikì barutikì pedðo twn braqiìnwn eðnai mìno 5% tou genikoô barutikoô pedðou. To kôma puknìthtac èqei mikrìterh taqôthta apìthntaqôthta peristrof c tou GalaxÐa kurðwc sta eswterik tm mata tou. To aèrio epitaqônetai kai ft nei na èqei uperhqhtikèc taqôthtec ( 15km 1 ) idðwc th stigm di bashc apì th mègisth sumpôknwsh: tìte emfanðzetai èna kôma kroôshc. O sqhmatismìc twn astèrwn gðnetai pio èntonoc ìso pio èntonh eðnai h sumpôknwsh kai idðwc ekeð pou h peristrof tou GalaxÐa eðnai pio èntonh dhlad sta kentrik tou tm mata. Ja èprepe na mhdenðzetai ekeð pou h taqôthta tou kômatoc

30 30 puknìthtac gðnetai Ðsh me thn taqôthta peristrof c. Autì exhgeð to gegonìc ìti den up rqei ionismèno udrogìno HII met ta 12 13kpc apì to kèntro par ìlo pou to aèrio eðnai fjono. Oi perioqèc mesoastrik c skìnhc, ekeð ìpou sugkentr netai h Ôlh kaj c peristrèfontai gôrw apì to Galaxiakì Kèntro, ìtan plhsi zoun stic speðrec prohgoôntai twn prwtosqhmatismènwn astèrwn. Ta pio nèa astèria brðskontai pio kont sto kôma kroôshc, en ta pio ghrai eðnai pio apomakrusmèna. Autì eðnai sumbatì me tic parathr seic twn speiroeid n galaxi n se sqèsh me thn katanom twn near n astèrwn kai thn katanom tou aerðou. Me aut th jewrða exhgeðtai arket kal h stajerìthta kai o meg loc qrìnoc epibðwshc twn speir n all ìqi o trìpoc thc dhmiourgðac touc. Oi trìpoi, pou èqoun protajeð gia th dhmiourgða twn kum twn puknìthtac kalôtera twn speir n eðnai kurðwc dôo kathgorðec, ekeðnec pou ofeðlontai se endogeneðc par gontec kai ekeðnec pou èqoun exwgen ex ghsh. PolÔ epigrammatik anafèrontai par gontec endogeneðc ìpwc ast jeiec touc dðskouc twn galaxi n, dhmiourgða speir n apì th r bdo twn rabdwt n galaxi n, h Ôparxh enìc gigantiaðou moriakoô nèfouc en sac exwgeneðc par gontec eðnai ta palirroiak kômata pou dhmiourgoôn oi kontinoð galaxðec oi sunodoð touc. 2.4 H m za tou GalaxÐa mac E n jewr soume ìti ìlh h m za tou galaxða eðnai sugkentrwmènh sto kèntro tìte o TrÐtoc Nìmoc tou Kepler epitrèpei na broôme th sunolik m za tou upì thn proôpìjesh ìti xèroume thn apìstash tou 'Hliou apì to kèntro tou GalaxÐa kai thn taqôtht tou wc proc autì. Pr gmati gnwrðzoume ìti ston pur na tou GalaxÐa brðsketai meg lo mèroc thc m zac tou kai epomènwc èqoume ìti M = R3 0 T 2, ìpou R 0 h apìstash tou 'Hliou apì to Galaxiakì Kèntro kai T h perðodoc peristrof c tou 'Hliou. MÐa llh prosèggish eðnai apì thn katanom m zac twn diafìrwn uposusthm twn tou ìpwc to kentrikì tm ma (bulge), o dðskoc, pou dðnoun thn olik m za tou GalaxÐa. SÔgkrish thc m zac, pou brðsketai apì aut ta dunamik sust mata me thn anamenìmenh apì thn kampôlh peristrof c. H kampôlh peristrof c exhgeðtai sto kentrikì tm ma gia aktðna < 1 kpc me to montèlo tou Kepler lìgw thc Ôparxhc enìc puknoô pur na. Oi llec sunist sec faðnontai na suneisfèroun sthn kampôlh peristrof c mèqri ta 15 kpc. All ìtan kaneðc fj nei sta 75 kpc kai parap nw kai h eikìna miac epðpedhc kampôlhc suneqðzetai (pr gma gnwstì pia gia ìlouc touc galaxðec) gðnetai fanerì, ìti qrei zetai, polô megalôterh m za apì th fwtein gia na exhg sei thn kampôlh peristrof c pou parathroôme.

31 31 Σχήμα 2.10: Ο Γαλαξίας μας όπως πιστεύουμε την μορφή ( ραβδωτός σπειροειδής) και τα διάφορα συστήματα του όπως θα φαινόταν εδγε-ον και κάτοψη (φαςε-ον). 2.5 To kèntro tou GalaxÐa mac Pur nac Apì th jèsh tou 'Hliou mac ( 30pc p nw apì to mèso galaxiakì epðpedo kai se apìstash 8 ± 0.5kpc apì to kèntro) h optik mac aktðna proc to kèntro sunant ìlo to puknì tm ma tou mesoastrikoô aerðou to opoðo eðnai sugkentrwmèno sto galaxiakì dðsko (Sq ma 2.10). Par ìla aut lìgw thc eidik c kðnhshc tou 'Hliou wc proc to Galaxiakì epðpedo, se qrìnia o 'Hlioc ja brðsketai 85pc p nw apì autì kai tìte h optik mac epaf me to galaxiakì kèntro ja eðnai teleðwc diafan c. S mera ìmwc èqoume llouc trìpouc na doôme} ton pur na tou GalaxÐa mac. Se m kh kômatoc > 1μm (upèrujro, mikrokômata kai radiokômata) se aktðnec X kai γ blèpoume thn eikìna tou GalaxiakoÔ pur na, h opoða eðnai exairetik endiafèrousa se bðaia fainìmena kai exwtikèc idiìthtec. Sq ma 2.11 faðnetai to Galaxiakì epðpedo se di fora m kh kômatoc. H sun rthsh thc m zac tou galaxða mac se apìstash 2pc < r < 100pc èqei èkfrash M r ar. All pio mèsaapìta 2pc h sqèsh gðnetai epðpedh kai fj nei mða mh mhdenik tim. H kampôlh prokôptei apì seir parathr sewn memonwmènwn astèrwn, oloklhrwmènhc ro c sta 2μm, melèth thc peristrof c tou HI, twn astrik n smhn n, tou NeII, twn oudetèrwn periastrik n dðskwn. Apì parathr seic kurðwc se m koc kômatoc 2.2μm (h tainða K ìpwc lège-

32 32 Σχήμα 2.11: Το Γαλαξιακό επίπεδο σε διάφορα μήκη κύματος tai) h puknìthta thc m zac se astèrec aux netai proc to kèntro me mða sqèsh ρ r 2. Autì to sumpèrasma anamènetai apì to gegonìc, ìti se aut thn kentrik perioq, oi astèrec eðnai polô kont metaxô touc, h allhlepðdrash lìgw barôthtac prokaleð antallagèc thc enèrgei c touc kai telik dunamik sumperifor isìjermhc sfaðrac, h opoða ekfr zetai me th sqèsh ρ r 2,ìpwc akrib c h parathroômenh. En toôtoic se akìmh pio kentrikèc perioqèc kai entìc twn 2pc, h m za aux netai dramatik. Apì tic parathroômenec taqôthtec stic tainðec tou CO (sta 2.3μm) f nhke ìti up rqei m za M mèsa se mða perioq aktðnac mikrìterhc apì 0.5pc. Ta astèria gôrw apì to Galaxiakì kèntro (Sq ma 2.12) èqoun lamprìthta thc opoðac to mègisto brðsketai entìc perioq c 0.1pc. Brèjhke ìti eðnai 15 shmeiakèc phgèc, h akrib c fôsh twn opoðwn den èqei exakribwjeð. Ja mporoôse na eðnai polô nearoð astèrec, all h katanom taqôthtac tou aerðou den dikaiologeð mða tètoia upìjesh, ìpwc kai llec endeðxeic. Parathr seic sth radiofwnik perioq apek luyan thn Ôparxh enìc dðskou ston pur na apì oudètero aèrio se apìstash 1kpc apì to kèntro. O dðskoc autìc èqei mða mikr klðsh wc proc to galaxiakì epðpedo. Perioqèc kateujunìmenec apì to kèntro proc ta èxw me diast seic pc apì ionismèno aèrio èqoun entopisjeð me dieôjunsh sqedìn k jeth proc to Galaxiakì epðpedo san na ektoxeôetai Ôlh apì to kèntro. Ta dedomèna antðstoiqa deðqnoun kai thn prìsptwsh Ôlhc proc to kèntro. Sto eswterikì tm ma 8pc èqei brejeð mða polô gnwst radiophg h phg tou Toxìth A (Sgr A). H dom aut apoteleð èna sômplegma enìc moriakoô daktulðou me eswterik aktðna 2pc kai exwterik aktðna 8pc kai klðsh 20 wc proc to Galaxiakì epðpedo. Sto eswterikì tm ma emfanðzetai mða epiplèon

33 33 Σχήμα 2.12: Η περιοχή του κέντρου του Γαλαξία μας στο υπέρυθρο. sôsfixh kai to p qoc tou daktulðou aux netai apì 0.5pc se 2pc. Autìc o daktôlioc thc moriak c Ôlhc parathr jhke se di fora m kh kômatoc pou antistoiqoôn se toma kai mìria ìpwc HI, H2, CII, OI, OH, CO, HCN kai CS. O daktôlioc peristrèfetai gôrw apì to kèntro tou GalaxÐa mac me taqôthta 110Kmsec 1, mða tim sqedìn anex rthth thc aktðnac. H m za pou perièqetai metaxô 2 kai 5pc entìc tou daktulðou autoô eðnai M wc M. Autìc o periastrikìc daktôlioc deðqnei èntona thn parousða bðaiou gegonìtoc sto kèntro tou GalaxÐa, sto sqetik prìsfato pareljìn. Oi diaforèc thc puknìthtac metaxô tou kentrikoô mèrouc entìc tou daktulðou kai thc Ôlhc tou daktulðou autoô, to gegonìc ìti sto eswterikì eðnai ionismènh en ston daktôlio oudèterh moriak, faner nei thn parousða energeiakoô fainomènou thc t xewc twn erg, mða tim qarakthristik mðac èkrhxhc uperkainofanoôc astèra. Mèsa sto sômplegma tou Toxìth anakalôfjhkan di fora lla our nia antikeðmena: H phg Sgr A, anatolik } pou eðnai mða mh jermik phg se sq ma kèlufouc (pisteôoume ìti eðnai ènac nèoc uperkainofan c et n). H phg Sgr A, dutik } brðsketai 1.5pc apì thn anatolik } eðnai jermik phg (asun jisth HII perioq ) pou èqei th morfologða enìc mikroô speiroeidoôc sq matoc. Tèloc mða trðth phg gnwst wc Sgr A } eðnai mða shmeiak radiophg kont sto kèntro thc Sgr A, dutik c}. H di metrìc thc eðnai < 20AU kai den jumðzei kanèna llo antikeðmenì tou GalaxÐa mac. H jèsh tou sumplègmatoc Sgr A antistoiqeð kai sumpðptei me to mègis-

34 34 to lamprìthtac tou kentrikoô sm nouc tou GalaxÐa mac. Sugkekrimèna mða sunist sa tou IRS 16 (mða phg pou èqei aniqneujeð sto upèrujro kai jewreðtai to kèntro tou GalaxÐa sto upèrujro) apèqei mìno 1flfl dutik apì th phg Sgr A. An ta dôo antikeðmena dhlad h IRS 16 kai h Sgr A brðskontai se Ðsh apìstash apì em c (kai den eðnai fainìmeno probol c) tìte h apìstash aut tou 1flfl eðnai 0.04pc. S mera p ntwc up rqoun di fora epiqeir mata kai endeðxeic, pou mac k - noun na pisteôoume ìti o astèrac} Sgr A eðnai to pragmatikì kèntro tou GalaxÐa mac. Par deigma 1 An xèroume thn taqôthta thc kðnhshc sta kentrik tm mata tou GalaxÐa mac mporoôme na metr soume to posì thc m zac mèsa apì to aèrio. An èna nèfoc aerðou èqei apìstash 0.3pc apì to kèntro kai èqei taqôthta 260kms 1 tìte mporoôme na broôme th m za tou, me thn upìjesh ìti peristrèfetai gôrw apì to kèntro tìte: M 0 = U 2 r G = M. Aut h ektðmhsh thc m zac brðsketai Ðdia, gia ìlec tic metroômenec taqôthtec tou aerðou sthn kentrik Galaxiak perioq. An loipìn aut hm za brðsketai se perioq me grammik èktash 20AU tìte mða tètoia phg den mporeð na eðnai tðpote llo par mða ter stiac m zac melan op. Aut h upìjesh kai h sqèsh thc gnwst c aktðnac gia tic melanèc opèc tou Schwartzschild dðnoun: R s = 2GM bh C 2 =0.08AU =16R All mða tètoia di stash gia thn ra eðnai exairetik mikr gia na thn aniqneôsoume kai na entopðsoume aut thn phg, h opoða ja apodeðxei adi yeusta aut thn upìjesh. Par deigma 2 H upèrujrh aktinobolða apì ton kentrikì Galaxiakì daktôlio pou mac dðnoun oi parathr seic kai h sunt rhsh tou bajmoô ionismoô sto eswterikì tou daktulðou apaitoôn mða enèrgeia Ðsh me 10 7 L kai mða energì jermokrasða 35000K. H jermokrasða brèjhke apì thn èntash twn gramm n ekpomp c sto upèrujro twn S IV kai O III kai Ar III. To aèrio aporrof mèroc thc uperi douc aktinobolðac, ionðzei thn Ôlh kai sunthreð thn perioq HII s- to eswterikì thc phg c Sgr A, dutik c}. H skình aporrof ta upìloipa UV fwtìnia kai epanekpèmpei to fwc sto upèrujro. MporeÐ mða ter stia melan op na eðnai upeôjunh gia aut thc tromer c èntashc aktinobolða, pou parathreðtai? EndeÐxeic kai parathr seic: Suss reush Ôlhc sto kèntro me rujmì M = M yr 1. Aut h Ôlh apeleujer nei dunamik enèrgeia. Pìsh

35 35 Σχήμα 2.13: Ο Γαλαξίας μας συγχωνεύεται με ένα νάνο γαλαξία. ja eðnai h m za pou q netai apì th melan op }? EÐnai sumbat me thn parathroômenh tim? JewroÔme ìti h parathroômenh lamprìthta sto UV eðnai 10 7 L. 2.6 O GalaxÐac mac sugqwneôetai me èna n no galaxða To 1996 mða om da astronìmwn (Mateo et al,1996) br ke ìti ènac qeðmmaroc apì stra tou n nou galaxða SagDEG eðqe plhsi sei ton GalaxÐa mac (Sq mata 2.13, 2.14). O SagDEG èqei di metro 1/10 tou dikoô mac kað m za 1000 forèc mikrìterh. To 1998 mða llh om da (Rosemary Wyse, Nicholas Suntzeff, Rodrigo Ibata, GerardGilmore, andmike Irwin) melèthsan to fainìmeno kai èdeixan ìti o SagDEG kineðtai se troqi gôrw apì ton GalaxÐa mac perðpou 1 dic qrìniakaiomìnoc lìgoc pou den èqei akìmh pl rwc sugqwneujeð me ton dikì mac eðnai h skotein tou Ôlh. To isqurì barutikì pedðo tou GalaxÐa mac ja ton eðqe dh dialôsei.

36 36 Σχήμα 2.14: Ο Γαλαξίας μας συγχωνεύεται με ένα νάνο γαλαξία.

37 KEF ALAIO 3 Oi GalaxÐec 3.1 Genik Oi galaxðec eðnai ta epìmena pio meg lhc klðmakac our nia s mata pou apoteloôn thn Ôlh pou perièqetai sto SÔmpan. Oi galaxðec apoteloôntai apì ìla ta gnwst our nia antikeðmena ìpwc, skình, aèrio, astèrec, astrik sm nh. Sun jwc emfanðzontai se zeôgh, llote eðnai memonwmènoi kai llote apoteloôn sm nh galaxi n H taxinìmhsh tou Hubble 'Opwc eðnai fanerì h melèth thc dhmiourgðac kai genik thc exèlixhc twn galaxi n apoteleð prìblhma ter stiac kosmologik c shmasðac. H poikilða thc morfologðac touc apotèlese arqik to basikì krit rio taxinìmhshc twn galaxi n, apì thn epoq, pou oi astronomikèc parathr seic mac epètreyan na aniqneôsoume meg lo pl joc apì autoôc. Gia pr th for o Hubble eis gage thn taxinìmhsh twn galaxi n se treic basikèc kathgorðec: a) touc elleiptikoôc, b) touc speiroeideðc (kanonikoôc, rabdwtoôc) kai tèloc g) autoôc pou den mporoôsan na entaqjoôn se sugkekrimènh kathgorða, touc an malouc galaxðec (Sq ma 3.1) 'Allec taxinom seic Oi parathr seic me ta thleskìpia mesaðou kai meg lou megèjouc oi radioparathr seic, to upèrujro, oi aktinec X kai oi parathr seic apì to di sthma mac apek luyan mða meg lh poikilða galaxi n touc opoðouc taxinom same me diaforetik krit ria apì thn morfologða. 37

38 38 Σχήμα 3.1: Αρχική ταξινόμηση των γαλαξιών από τον Hubble. Οι ελλειπτικοί γαλαξίες ανάλογα με την ελλειπτικότητα τους ανήκουν στον τύπο Ε0 μέχρι τον τύπο Ε7. Μετά υπάρχει ο ενδιάμεσος τύπος SO και τέλος η κατηγορία των σπειροειδών (κανονικοί-ραβδωτοί). Tic dôo prohgoômenec dekaetðec qarakthrðzame touc galaxðec an loga me thn fasmatik perioq emf nishc touc (optikoð, radiogalaxðec, upèrujroi). S mera touc katat soume an loga me to kat pìso eðnai: 1. EnergoÐ, ìtan par goun exairetik meg la pos energeiac pou den ofeðlontai ston astrikì plhjusmì. Stouc energoôc galaxðec èqoume touc: Quasars (ta polô makrin antikeðmena tou sômpantoc, pou s mera pisteôoume ìti eðnai oi makrinoð energoð galaxðec, twn opoðwn blèpoume mìno touc pur nec), GalaxÐec me energoôc pur nec, Starburst galaxðec (eðnai oi galaxðec me polô èntonh astrik dhmiourgða). 2. PollaploÐ (polô suqn emfanðzontai diploð) kai 3. Allhlepidr ntec. 'Ena llo krit rio eðnai h endogen c lamprìthta twn galaxi n kai ètsi èqoume 5 t xeic lamprìthtac: I, II, III, IV, V kat seir fjðnousa. Tèloc, an loga me thn m za touc, èqoume touc gðgantec kai touc n nouc galaxðec Melèth twn Galaxi n Oi galaxðec eðnai apì thn fôsh touc exairetik polôploka sust mata kai h melèth touc proseggðzetai apì treðc diaforetikèc kateujônseic: thn dunamik exèlixh, ìpou melet me thn morfologða, thn katanom thc m zac kai ton trìpo pou dhmiourg jhkan oi di forec kathgorðec twn galaxi n ìpwc kai touc mhqanismoôc thc dunamik c sumperifor c tou plhjusmoô k je galaxða lìgw thc morfologðac touc

39 39 thn qhmik exèlixh, ìpou melet me ton trìpo kai ton rujmì pou dhmiourgoôntai ta qhmik stoiqeða se autoôc kai epomènwc mac endiafèrei h metabol thc qhmik c touc sôstashc met tou qrìnou kai thn astrik exèlixh, ìpou melet me thn exèlixh tou astrikoô plhjusmoô se èna galaxða se sqèsh me thn morfologða kai qhmik tou sôstash, kaj c kai ton trìpo, pou exelðssetai met tou qrìnou h olik lamprìthta kai to qr ma twn galaxi n. 3.2 Dunamik Exèlixh twn Galaxi n HÔlhsto sômpan faðnetai katanemhmènh me èna trìpo ierarqikì wc proc thn olik m za twn susthm twn, sta opoða emfanðzetai. Sugkekrimèna è- qoume ta astèria me mèsh m za ìsh kai h hliak, ta astrik sm nh me m zec 10 6 M,touc galaxðec me m za M,ta sm nh twn galaxi n me M kai ta akìma pio meg lhc m zac upersm nh. FaÐnetai, ìti aut ta sust mata èqoun aut thn ier rqhsh, giatð eðnai ta pio stajer sto SÔmpan. 'Opwc eðdame sta kef laia pou aforoôn thn isorropða stouc astèrec kai ta sm nh, se k je sôsthma epidroôn di forec dun meic. To pedðo barôthtac thc Ôlhc tou sust matoc teðnei na prokalèsei kat rreush sto kèntro tou, hpðesh h opoða antidr se aut thn kat rreush kai tèloc h barutik epðdrash thc Ôlhc pou up rqei sto q ro gôrw apì to sôsthma. Gia na melet soume th dunamik exèlixh twn galaxi n prèpei kat arq c na antimetwpðsoume to prìblhma thc dhmiourgðac twn susthm twn genik sto sômpan. Deqìmaste ìti sto SÔmpan up rqan perioqèc me k poia diafor puknìthtac apì to perib llon kaiakrib c autèc lìgw tou dikoô touc pedðou barôthtac rqisan na exelðssontai se sust mata autìnoma. EkeÐno pou eðnai upì amfisb thsh eðnai h seir me thn opoða dhmiourg jhkan tètoioi sqhmatismoð. Se llec jewrðec proteraiìthta èqoun oi m zec thc t xewc 10 6 M (astrik sm nh), en se llec dðnetai proteraiìthta se sumpukn seic me m za thc t xewc M (galaxðec). Apì th stigm pou dhmiourgeðtai o k je galaxðac h dunamik tou exèlixh eðnai sun rthsh thc exèlixhc tou aerðou, pou up rqei di quto sto q ro tou kai eðnai teleðwc diaforetik apì thn exèlixh twn astèrwn pou up rqoun se autìn. To aèrio pou apoteleðtai apì toma kai mìria brðsketai se suneq kðnhsh, h opoða bohj ei to sôsthma na mhn katarreôsei. Fusik autì den suneqðzetai gia polô, afoô q netai suneq c enèrgeia lìgw twn sugkroôsewn twn swmatðwn, mèqric ìtou h pðesh den eðnai pia arket kai h barôthta epikrateð gia na sqhmatðsei mða kentrik sumpôknwsh. Apì thn llh meri ta astèria pou apoteloôn ton galaxða den upofèroun apì q simo thc enèrgeiac lìgw sugkroôsewn afoô oi sqetikèc touc apost seic eðnai ter stiec gia na sumbeð k ti tètoio. 'Etsi ston galaxða oi astèrec èqoun enèrgeia pou den metab lletai se mikrèc qronikèc klðmakec kai mporoôn na antistajoôn sto pedðo barôthtac tou galaxða pio apodotik.

40 40 Apì fusik poyh, h sumperifor tou aerðou eðnai an logh me aut miac isìjermhc sfaðrac P 1 /P 2 = W 1 /W 2 en h sumperifor twn astèrwn moi zei me aut enìc adiabatikoô sust matoc P 1 /P 2 =(W 1 /W 2 ) k. ìpou P, kai W eðnai h pðesh kai to b roc kai k = C P C W. 'Opwc kai sta astrik sm nh, qarakthristik qronik klðmaka se èna galaxða eðnai o qrìnoc qal rwshc. An jewr soume ton mhqanismì qal rwshc pou ofeðletai stic allhlepidr seic twn swm twn an dôo sto sôsthma, tìte se èna galaxða autìc o qrìnoc eðnai qrìnia. Stouc galaxðec meg lh shmasða èqei kai o mhqanismìc thc bðaihc qal rwshc} pou anaptôqjhke apì touc Lynden-Bell. Autìc o mhqanismìc sumbaðnei se qrìno qrìnia kai èqei san basik upìjesh, ìti h antallag enèrgeiac twn swm twn tou sust matoc gðnetai apì thn allhlepðdrash k je s matoc me to sônolo twn upoloðpwn pou jewroôntai san èna sônolo. Se èna galaxia to aèrio kai oi astèrec apoteloôn sust mata pou suqn eðnai uposust mata mèsa se autìn kai èqoun diaforetik katanom gia touc di forouc galaxðec. 'Etsi anaptôssontai di forec jewrðec, oi opoðec odhgoôn sth mða thn llh morf kai tairi zoun sta gnwst eðdh galaxi n memonwmèna. Epomènwc kami jewrða den eðnai mèqric stigm c ikan na mac exhg sei ton trìpo pou exelðssontai dunamik ìloi oi galaxðec. Ta dôo pio shmantik montèla gia thn Ôlh se èna galaxða basðzontai se dôo upojèseic: 1. ta s mata (kurðwc astèrec) èqoun meg lh eleôjerh diadrom kai kinoôntai se èna dunamikì ϕ sto opoðo h arijmhtik puknìthta metab lletai omal kai 2. ta s mata (astèrec, aèrio) èqoun mikr eleôjerh diadrom kai apoteloôn èna idanikì reustì ExÐswsh Vlasov MÐa apì tic gnwstèc lôseic thc dunamik c twn galaxi n sthrðzetai sthn exðswsh Vlasov. Sthn perðptwsh aut deqt kame, ìti h basik dunamik eðnai aut enìc sust matoc, sto opoðo den gðnontai sugkroôseic kai oi kin seic k je astèra tou kajorðzontai apì èna mèso} dunamikì, to opoðo prokaleðtai apì ìla ta lla s mata. 'Eqoume loipìn èna meg lo pl joc astèrwn pou kineðtai upì thn epðdrash enìc omaloô dunamikoô ϕ. Gia k je qronik stigm t, to sôsthma perigr fetai pl rwc an kajorðzontai to pl joc twn astèrwn pou brðskontai gôrw apì th jèsh x kai kinoôntai me taqôthtec perðpou v. Sun jwc anaferìmaste se èna sônolo èxi metablht n (x, v) pou orðzoun èna shmeðo sto q ro twn f sewn. 'Ara mða pl rhc perigraf thc kat stashc enìc sust matoc, qwrðc sugkroôseic, dðnetai an orðsoume thn arijmhtik puknìthta tou sust matoc f(x, p, t)

41 41 sto q ro twn f sewn sto shmeðo (x, p). H sun rthsh f(x, p, t) lègetai sun rthsh puknìthtac tou sust matoc. Profan c k je shmeðo èqei f>0. Hkatanom twn swmatðwn sth jèsh x kai orm p eðnai: dn = f(x, p, t)d 3 xd 3 p (3.1) H puknìthta m zac ρ eðnai: ρ(x, t) =ma 3 d 3 pf(x, p, t) =ρ b (t)[1 + δ(x, t)] (3.2) ìpou: ρ b (t) 3. O par gwn a 3 dðnei th metatrop se kajar puknìthta q rou, to ρ b eðnai h mèsh puknìthta m zac, to δ mða adi stath posìthta pou dðnei th diafor sta akrìtata thc puknìthtac kai m eðnai h m za tou swmatidðou. Lìgw tou jewr matoc tou Liouville, h f eðnai stajer kat m koc thc troqi c enìc swmatðou sto q ro twn f sewn kai h sun rthsh katanom c f kai to dunamikì ϕ ikanopoioôn thn exðswsh tou Poisson: kai telik deqìmaste ìti isqôei: 2 ϕ =4πGρ df dt + p f m ϕdf ma2 dt PerÐptwsh idanikoô reustoô =0 (ExÐswsh Vlasov) (3.3) An èqoume thn perðptwsh enìc idanikoô reustoô xèroume ìti gia k - je shmeðo tou pedðou ro c antistoiqeð to nusma thc taqôthtac v(x, t) tou reustoô. H m za pou perièqetai ston ìgko dω eðnai ρdω ìpou ρ h puknìthta tou reustoô. Lìgw thc kðnhshc tou reustoô h m za pou feôgei sth mon da tou qrìnou me taqôthta v eðnai dω (ρv). Anex rthta apì autì, h puknìthta eðnai sun rthsh tou qrìnou kai tou q rou ra h m za pou feôgei eðnai dω ρ t ìpou to meðon dhl nsei thn ell twsh. Opìte, lìgw thc exðswshc diat rhshc thc m zac isqôei: dω ρ +dω (ρv) t = 0 (3.4) ρ + ρv t = 0. (3.5)

42 42 H teleutaða exðswsh onom zetai exðswsh sunèqeiac m zac. En apì thn llh pleur isqôei h exðswsh diat rhshc thc orm c h opoða ekfr zetai wc ex c: [ ρ ( v ] )+(v )v = ρ ρ ϕ (3.6) t ìpou h diafìrish gðnetai wc proc r, dhlad thn pragmatik apìstash mðac arq c apì to shmeðo pou exet zoume kai v htaqôthta se sqèsh me thn arq pou epilèxame. To ϕ eðnai to dunamikì sto shmeðo pou melet me kai to opoðo deqìmaste ìti akoloujeð thn exðswsh tou Poisson. 2 ϕ =4πGρ (3.7) Oi exis seic (2.5) kai (2.6) apoteloôn to sôsthma pou kajorðzei th dunamik tou galaxða an jewrhjeð idanikì reustì. Epomènwc to ter stio prìblhma thc jewrhtik c melèthc gia thn dunamik exèlixh twn galaxi n èqei san afethrða th lôsh twn exis sewn pou orðsame pio p nw, afoô upojèsoume mða sun rthsh katanom c, kai sth sunèqeia melet soume th metabol thc me to qrìno. H an ptuxh twn jewri n aut n apoteleð xeqwristì kef laio pou den mporeð na kalufjeð apì autì to biblðo. 'Hdh sto kef laio gia thn dunamik exèlixh twn astrik n smhn n pou apoteloôn mða polô sugkekrimènh perðptwsh dunamikoô sust matoc faðnetai pìsa probl mata kai poikilða upojèsewn mporoôn na anoðxoun oi tìsec peript seic morfologðac twn galaxi n. 'Opwc kai sta astrik sm nh, o èlegqoc kai h beltðwsh twn jewri n aut n gðnetai me tic parathr seic. Stouc galaxðec mporoôme na broôme thn aktinik katanom thc arijmhtik c puknìthtac tou pl jouc twn astèrwn touc thn aktinik katanom thc epifaneiak c touc lamprìthtac. 3.3 DhmiourgÐa twn galaxi n H dhmiourgða twn galaxi n eðnai èna apì ta pio polôploka jèmata thc astrofusik c. Ja mporoôsame na qwrðsoume tic diadikasðec se dôo st dia. Thn epoq pou dhmiourgoôntai oi diataraqèc kai ra oi sumpukn seic Ôlhc kai sth sunèqeia o sqhmatismìc tou k je galaxða Sunj kec barutik c ast jeiac 'Opwc se ìlec tic peript seic pou exet zoume to sqhmatismì astèrwn astrik n susthm twn, ètsi kai sthn perðptwsh twn galaxi n èqoume san afethrða thn upìjesh ìti èna mesoastrikì nèfoc mporeð na brejeð se astaj kat stash, dhlad ìti h pðesh pou ofeðletai sth barôthta denantistajmðzetai apì thn pðesh tou aerðou. Apì majhmatik poyh autì eðnai èna prìblhma diataraq n, ìpou zht me na broôme pwc apì mða stajer kat stash, dhmiourgeðtai diataraq h opoða mporeð na auxhjeð ekjetik dhlad na brejeð to krit rio aut c thc ast jeiac. Ac upojèsoume ìti P eðnai h pðesh se k poio shmeðo

43 43 tou aerðou, ρ h puknìthta, v h taqôthta kai ϕ to dunamikì barôthtac sth mon da thc m zac. 'Estw G h stajer thc barôthtac. Tìte h Ôlh akoloujeð tic gnwstèc exis seic: ρ ρ t = ρ ρ ϕ, ρ + ρv =0, t 2 ϕ =4πGρ, Diat rhsh thc orm c ExÐswsh sunèqeiac ExÐswsh Poisson kai p nta mða katastatik exðswsh pou sundèei thn puknìthta me thn pðesh P h opoða perilamb nei kai thn pðesh tou magnhtikoô pedðou. An jewr soume ìti to mèson eðnai akðnhto h taqôthta v eðnai pantoô mhdèn èqoume: ρ 0 + ρ 0 ϕ 0 =0 (3.8) 2 ϕ 0 =4πGρ 0 (3.9) Autèc loipìn oi exis seic apoteloôn to sôsthma to opoðo zht me na lôsoume kai na diereun soume gia poiec sunj kec dhmiourgoôntai diataraqèc oi opoðec aux nontai ekjetik. Oi duskolðec sthn pr xh eðnai ter stiec. Pio suqn qrhsimopoioôme mða aploôsteush h opoða qrhsimopoi jhke apì ton Jeans kai pou apaiteð tic upojèseic ìti ρ 0,P 0,ϕ 0 eðnai stajerèc sto q ro kai ton qrìno mèsa se èna sugkekrimèno ìgko. K tw apì autèc tic sunj kec k je diataraq me m koc kômatoc megalôtero apì λ c,me: λ c =(πc 2 /Gρ) 1/2 (ìpou c htaqôthta tou qou kai apì thn jewrða twn aerðwn c =(KT/m) 1/2 pou th jewroôme mh stajer ) mporeð na prokalèsei kat rreush. Autì eðnai to krit rio ast jeiac tou Jeans, to opoðo den èqei fusik shmasða afoô h exðswsh tou Poisson den mporeð na ikanopoihjeð an tautìqrona ta ρ 0 kai ϕ 0 eðnai peperasmèna kai stajer. EÐnai ìmwc mia kal pr th prosèggish. Pio austhrèc lôseic èqoun brejeð se dôo peript seic. Sth mða perðptwsh upojètoume èna peristrefìmeno dðsko o opoðoc faðnetai ìti eðnai polô kal prosèggish gia touc speiroeideðc galaxðec, en sthn llh perðptwsh deqìmaste èna sfairikì nèfoc Ôlhc pou brðsketai se èna q ro pou h Ôlh èqei omoiìmorfh pðesh. Sth deôterh perðptwsh, an h sfaðra eðnai isìjermh kai to magnhtikì pedðo amelhtèo up rqei ast jeia ìtan h exwterik pðesh xeper sei thn tim P max =1.4( kt m )4 1 G 3 M 3 (3.10) ìpou M holik m za thc sfaðrac kai m to moriakì b roc. 'Etsi h sumpôknwsh thc Ôlhc arqðzei ìtan to nèfoc apokt arket m za h opoða na prokalèsei èlxh twn maz n pou brðskontai sto perib llon thc kai

44 44 epomènwc mða ro m zac apì ton gôrw q ro proc th sfaðra (accretion effect) an gia k poio lìgo auxhjeð polô h pðesh tou perib llontoc. An up rqei magnhtikì pedðo tìte prostðjetai h pðesh tou magnhtikoô pedðou sthn olik pðesh h opoða gðnetai P ol = vkt + B 2 /8π (3.11) MÐa llh mèjodoc na proklhjeð ast jeia eðnai na qrhsimopoi soume to je rhma Virial ìpou: Ω+2T =0 (3.12) Dhlad h kinhtik kai h dunamik enèrgeia tou sust matoc ikanopoioôn thn pio p nw sunj kh. An sumbeð Ω > 2T tìte prokaleðtai kat rreush. H diafor apì thn pio p nw perðptwsh eðnai ìti to Virial je rhma isqôei se memonwmèna sust mata, dhlad ìtan to perib llon tou en lìgw nèfouc eðnai to kenì Sqhmatismìc galaxi n 'Opwc eðpame kai alloô mða ekplhktik diapðstwsh pou afor sth dom tou sômpantoc eðnai h ier rqhsh me thn opoða faðnetai na dhmiourgoôntai ta sust mata. Dhlad ta astèria sqedìn p nta brðskontai se sust mata apì lðga poll s mata, ta astrik sm nh an koun se galaxðec, pou me th seir touc apoteloôn zeôgh sm nh galaxi n kai ta sm nh twn galaxi n an koun se uper-sm nh. Anarwtiìmaste loipìn: 1. an k je tètoio sôsthma ègine apì kat rreush mðac meg lhc m zac aerðou, pou sumpukn netai kai dhmiourgeð k poio our nio antikeðmeno kai sth sunèqeia mèsa se aut dhmiourg jhkan mikrìterec domèc 2. an sto sômpan dhmiourgoôntai oi mikrìterec m zac arqik pou met sugqwneôontai se megalôterec. Gia thn pr th perðptwsh, dhlad an o mhqanismìc dhmiourgðac twn galaxi n jewrhjeð ìti eðnai h kat rreush kai o katakermatismìc, oi par gontec pou eunnooôn mða tètoia sumpôknwsh exart ntai apì (1) thn stroform ana mon da m zac, (2) thn arqik puknìthta tou aerðou, (3) thn jermokrasða tou aerðou, (4) th dhmiourgða diataraq c kai (5) to magnhtikì pedðo. O mìnoc par gontac pou diathreðtai sth di rkeia tou qrìnou eðnai h stroform parìlo pou mporeð na metaferjeð apì shmeðo seshmeðotou q rou. To magnhtikì pedðo diathreðtai mìno an k noume upojèseic ìti den up rqei kamða diataraq kai to mèso èqei kal agwgimìthta. Aut bèbaia h perðptwsh eðnai polô pio abèbaih kai h mètrhsh tou magnhtikoô pedðou stouc galaxðec akìmh pio dôskolh. Apì th stigm pou epitagqônontai sunj kec ast jeiac to nèfoc katarrèei. H enèrgeia pou apeleujer netai den mporeð na jerm nei to aèrio ìso autì eðnai di fano sthn aktinobolða. Sthn pragmatikìthta to aèrio aktinoboleð ìso qrìno h kat rreush paramènei isìjermh, me apotèlesma h pðesh tou aerðou wc proc th dônamh lìgw thc kat rreushc na gðnetai ìlo kai pio adônamh.

45 45 'Eqei apodeiqjeð ìti mða tètoia kat rreush èqei polô meg lec pijanìthtec na diamelisjeð. Se merikèc melètec èqei brejeð ìti ta antikeðmena pou sqhmatðzontai apì autìn ton katakermatismì teðnoun na plhsi zoun metaxô touc dhmiourg ntac sust mata dhlad ta fainìmena kat rreushc kai sumpôknwshc leitourgoôn mazð. 'Etsi faðnetai ìti eðnai adônaton na qwrðsei kaneðc ta dôo fainìmena alla up rqoun treic mhqanismoð pou mporoôn na stamat soun to èna to llo: 1. O pr toc eðnai h adiaf neia tou aerðou. 'Otan h puknìthta auxhjeð shmantik (lìgw kat rreushc) to aèriogðnetai adiafanèc kai den mporeð na aktinobol sei thn paragìmenh enèrgeia, pr gma pou prokaleð aôxhsh thc jermokrasðac. Autì mporeð na sumbeð se nèfh mikr c m zac, apì ta opoða dhmiourgoôntai astèrec mikr c m zac. H adiaf neia den paðzei tìte kanèna rìlo sth dhmiourgða twn galaxi n afoô den ephre zei ton katakermatismì. 2. Me ton Ðdio trìpo, tuqaðec turb deic kin seic den mporoôn na stamat soun thn kat rreush miac kai aposbènontai taqôtata. AntÐjeta h peristrof faðnetai na eðnai ènac shmantikìc mhqanismìc, pou èqei qrhsimopoihjeð suqn stic jewrðec thc dhmiourgðac twn galaxi n. H fugìkentroc dônamh teðnei na antistajeð se k je kat rreush k jeth s- ton xona peristrof c ètsi ste to nèfoc katal gei se mða morf, pou moi zei me dðsko. Haktinik kat rreush stamat ìtan h puknìthta gðnei ρ<1.4 ω2 πg ìpou ω h gwniak taqôthta peristrof c. 3. To magnhtikì pedðo sumperifèretai diaforetik apì thn peristrof parìlo pou h stroform pou eðnai an logh tou Br 2 (ìpou r h aktðna tou nèfouc kai B h èntash tou magnhtikoô pedðou) diathreðtai stajer se è- na ionismèno aèrio. 'Eqei apodeiqjeð ìti to magnhtikì pedðo antðjeta apì thn peristrof den stamat thn kat rreush. AntÐjeta an eðnai èntono, èqei thn idiìthta na mhn epitrèpei ton katakermatismì. 'Oloi autoð oi mhqanismoð kai oi upojèseic pou anafèrjhkan èqoun qrhsimopoihjeð kat kairoôc me apotèlesma thn an ptuxh diafìrwn montèlwn pou ìpwc stic piopollèc peript seic sth fusik qrei zontai suneq c nèa diereônhsh ste na katal xoume se jetikèc apant seic gia th melèth thc dhmiourgðac twn galaxi n. O deôterh jewrða gia to sqhmatismì twn galaxi n, sômfwna me thn opoða jewroôme th sugq neush san basikì mhqanismì, kerdðzei èdafoc ta teleutaða qrìnia. H sugq neush mikr n maz n basðzetai sto mhqanismì thc dunamik c trib c kai jewreðtai mða apì tic epikratèsterec jewrðec gia ton sqhmatismì twn galaxi n kai sqetðzetai mesa me to prìblhma thc skotein c Ôlhc. K

46 Qhmik exèlixh twn galaxi n Sqèsh hlikðac metallikìthtac To prìblhma thc qhmik c exèlixhc twn galaxi n eðnai p ra polô polôploko kai dôskolo na melethjeð. MporoÔme ìmwc na arqðsoume me merikèc polô aplèc upojèseic ìpwc: 1. Oi perioqèc twn galaxi n tic opoðec t ra melet me eðqan arqik Ôlh mìno upì morf aerðou, tou opoðou h qhmik sôstash tan aut pou problèpoun ta kosmologik montèla, sta opoða perigr fetai h prwtarqik purhnosônjesh amèswc met th meg lh èkrhxh. 2. O rujmìc dhmiourgðac twn astèrwn lamb netai an logoc thc puknìthtac tou mesoastrikoô aerðou. 3. Tèloc, upojètoume ìti o qrìnoc zw c twn astèrwn eðnai amelhtèoc se sqèsh me thn klðmaka qrìnou sth di rkeia thc opoðac exelðssontai oi galaxðec. 'Allec par metroi pou qrei zontai gia autì to prìblhma eðnai h ikanìthta gia purhnosônjesh enìc astèra kai h katanom twn astèrwn san sun rthsh thc m zac touc, dedomènou ìti to pl joc twn astèrwn mikr c m zac (mikr ikanìthta purhnosônjeshc) eðnai polô pio meg lo apì autì twn astèrwn meg lhc m zac (meg lh ikanìthta purhnosônjeshc). EpÐshc xeqwrðzoume ta qhmik stoiqeða, ta opoða par gontai apì ta metèpeita stoiqeða. Ta pr ta onom zontai prwtarqik stoiqeða kai eðnai to oxugìno, o njrakac kai to zwto. Me autèc tic upojèseic mporoôme na kataskeu soume montèla thc qhmik c exèlixhc, lamb nontac upìyh tic diaforèc sthn periektikìthta stoiqeðwn stic di forec perioqèc tou galaxða mac kaj c kai twn geitonik n galaxi n. Ta montèla thc qhmik c exèlixhc prèpei na exhgoôn tautìqrona thn sqetik puknìthta tou mesoastrikoô aerðou kai twn astèrwn, to posostì twn astèrwn pou èqoun mða mèsh tim afjonðac gia sugkekrimèna stoiqeða kai thn exèlixh thc afjonðac twn diafìrwn stoiqeðwn, lamb nontac upìyh thn hlikða twn swm twn sta opoða parathroôntai. 'Enac galaxðac met to sqhmatismì tou metatrèpei thn Ôlh apì thn opoða apoteleðtai se astèria. Ta astèria ìpwc eðdame exelðssontai gr gora arg, an loga me thn arqik touc m za kai katal goun eðte se planhtik nefel mata ekr gnuntai san uperkainofaneðc. Kai stic dôo peript seic q netai Ôlh sto mesoastrikì q ro, all emploutismènh me ta barôtera s- toiqeða pou par gontai sto eswterikì touc. Epomènwc h mesoastrik Ôlh, apì thn opoða dhmiourgoôntai oi di forec genièc twn astèrwn se èna galaxða, all zei suneq c qhmik sôstash apì th diadoq dôo mhqanism n: dhmiourgða astèrwn, ro ulikoô apì ta astèria kai ekr xeic astèrwn.

47 Montèla qhmik c exèlixhc 'Ena par deigma tou trìpou pou organ noume èna montèlo gia th metabol thc metallikìthtac Z met tou qrìnou se èna galaxða perigr fetai pio k tw. 1. Deqìmaste ìti o rujmìc sqhmatismoô astèrwn ψ(t) (pl joc astèrwn se m za an ètoc) eðnai sun rthsh thc m zac tou aerðou M g (t) pou up rqei sto galaxða. 2. H arqik sun rthsh m zac (pl joc astèrwn se èna galaxða gia tic di forec timèc m zac) eðnai stajer. 3. H metallikìthta Z f thc aerðou m zac f(t) h opoða katarrèei me apotèlesma to sqhmatismì astèrwn eðnai stajer. 4. StigmiaÐa anakôklwsh me stajerì lìgo R tou fainomènou sqhmatismoô asteri n. 'Etsi oi basikèc exis seic enìc tètoiou montèlou eðnai oi ex c: 1. Diat rhsh M zac Dhlad h m za tou aerðou M g pou up rqe diathreðtai san m za twn dhmiourghmènwn astèrwn dm g dt = (1 R)ψ(t)+f(t) (3.13) ìpou o pr toc ìroc me stajerì lìgo R mporeð sto grammikì montèlo na eðnai (1 R)ψ(t) =ωm g (t) ìpou ω mða stajer pou dðnei to mètro katan lwshc tou aerðou. 2. Arqik sun rthsh m zac dn = A M 2.35 dm, (3.14) ìpou N to pl joc astèrwn enìc galaxða me m za M kai A stajer. 3. Metallikìthta dz dt = Y Zω (Z Z f ) (3.15) ìpou Y Z eðnai h apìdosh paragwg c met llwn kai Z f h tim thc metallikìthtac thc m zac pou katarrèei (pou jewroôme ex orismoô stajer ). 4. Pl joc Θ kôklwn kat rreushc m zac pou èqoun san apotèlesma th dhmiourgða twn astèrwn: Θ(t) = t f(t )/M G (t )dt (3.16) 0

48 48 'Etsi sômfwna me ta pio p nw apì thn sqèsh (2.15) brðskoume th metabol thc qhmik c sôstashc apì èna prwtarqikì pur na enìc galaxða Z 1 (t). OrÐzoume ìti èqoume prwtarqikì pur na mèqri th stigm kat thn opoða h apìdosh Y Z èqei stajer tim anex rthth thc metallikìthtac pou èqei s mera o galaxðac. t Z 1 Z 1f = Y 1 ωe θ(t) e θ(t ) dt + e θ(t) (Z 10 Z 1f ) (3.17) 0 H exðswsh aut èqei orismènec lôseic pou mac dðnoun ta prwtarqik pro ìnta thc purhnosônjeshc kai sugkekrimèna aut pou dhmiourgoôntai ap eujeðac apì udrogìno kai lio. AntÐstoiqa up rqoun jewrhtik montèla pou exet - zoun ton trìpo pou all zei h qhmik sôstash gia ta deuterogen stoiqeða. 3.5 AstrikoÐ plhjusmoð stouc galaxðec Oi GalaxÐec perièqoun èna ter stio pl joc apì astèria, pou eðnai thc t xhc twn Akìmh kai stouc pio kontinoôc mac galaxðec den eðnai eôkolo na doôme poll apì ta astèria touc lìgw thc meg lhc touc apìstashc apì mac. Oi makrinoð galaxðec èqoun thn ìyh miac fwtein c epif neiac h opoða èqei katanom lamprìthtac kai qr ma pou eðnai to apotèlesma tou oloklhrwmènou fwtìc kai qr matoc twn pio lampr n tou asteri n. AntÐjeta sta dunamik fainìmena ton basikì rìlo paðzoun ta mikr stra pou eðnai p ra poll se pl joc. ProkÔptei loipìn èna llo polôploko prìblhma, na problèyoume to eðdoc twn asteri n pou summetèqoun sth sugkekrimènh lamprìthta enìc galaxða. H ekpomp aktinobolðac apì èna astèra, ìpwc eðdame proseggðzetai apì thn aktinobolða tou mèlanoc s matoc. Se èna galaxða o deðkthc qr matoc den èqei sqèsh me thn jermokrasða (ìpwc se stra o deðkthc qr matoc eðnai sun rthsh thc jermokrasðac) all eðnai apotèlesma tou pl jouc twn astèrwn pou up rqoun kai èqoun to parathroômeno qr ma. Dhlad an to megalôtero posostì twn pio lampr n astèrwn eðnai erujroð gðgantec, to oloklhrwmèno qr ma tou galaxða ja eðnai erujrì en e n eðnai kurðwc mplè gðgantec, to qr ma tou galaxða ja deðqnei mplè. 'Ara to qr ma tou galaxða mac dðnei plhroforðec gia to eðdoc tou astrikoô plhjusmoô pou perièqei. MÐa shmantik diafor an mesa sta astrik sm nh kai touc galaxðec, apì poyh melèthc thc astrik c exèlixhc, eðnai h ex c: Se èna astrikì sm noc eðdame ìti an jewr soume thn hlikða tou mporoôme na fti xoume to HR di - gramma twn asteri n tou. 'H an xèroume ta megèjh B,V apì parathr seic twn astèrwn tou, fti qnoume to di gramma mègejoc qr ma kai brðskoume thn hlikða tou. Stouc galaxðec h jemeli dhc diafor eðnai ìti jèloume sto SÔmpan ìloi oi galaxðec na èqoun thn Ðdia sqedìn thnðdiahlikða ra prèpei me llo trìpo (kai ìqi thn hlikða) na ermhneôsoume tic diaforèc sta diagr mmata oloklhrwmèno mègejoc qr ma} pou brðskoume apì parathr seic. Prèpei na

49 49 shmeiwjeð ìti oloklhrwmèno mègejoc} oloklhrwmèno qr ma} lègetai to mègejoc to qr ma pou metr me apì to thleskìpio jewr ntac ton galaxða san mða phg fwtìc. Stouc galaxðec jewroôme ìti apì thn epoq tou sqhmatismoô touc dhmiourgoôntai astèria suneq c. EkeÐno pou upojètoume, eðnai ìti diafèroun wc proc to rujmì dhmiourgðac astèrwn dn/dt kai wc proc thn arqik sun rthsh m zac dhlad thn katanom twn maz n sta arqik st dia thc dhmiourgðac tou galaxða. An se èna galaxða to pl joc twn sqhmatizomènwn astèrwn an mon - da m zac kai qrìnou (rujmìc dhmiourgðac astèrwn) tan meg lo sta arqik st dia thc zw c tou, tìte ja èqei polloôc exeligmènouc astèrec sto st dio twn erujr n gig ntwn, me apotèlesma h lamprìthta tou na ofeðletai kurðwc se autoôc. Se èna galaxða ston opoðo o rujmìc dhmiourgðac astèrwn eðnai stajerìc ja up rqoun akìma kai s mera nearoð polô lamproð astèrec, pou ja èqoun qr ma mplè kai ja despìzoun sto oloklhrwmèno fwc tou galaxða. AntÐstoiqa h arqik sun rthsh m zac mac dðnei plhroforðec sqetik me to rujmì kai to posostì dhmiourgðac astèrwn diafìrwn maz n kai epomènwc pìsh eðnai h epifaneiak lamprìthta tou galaxða. Me tic upojèseic autèc mporoôme na katal boume giatð to qr ma twn galaxi n diafèrei kai pwc exelðssetai me thn p rodo tou qrìnou, qwrðc na xeqn me ìti deqìmaste ìti ìloi oi galaxðec èqoun thn Ðdia hlikða. H mèjodoc me thn opoða prospajoôme na problèyoume ton astrikì plhjusmì poiotik kai posotik lègetai sônjesh plhjusmoô}. Apì parathr seic paðrnoume: 1. thn epifaneiak lamprìthta enìc galaxða, dhlad thn katanom tou oloklhrwmènou fwtìc sunart sei thc apìstashc apì to kèntro tou galaxða 2. to oloklhrwmèno f sma tou kai 3. to f sma twn pio lampr n astèrwn pou qarakthrðzoun ton plhjusmì tou galaxða. Epomènwc o astrikìc plhjusmìc tou galaxða pou melet me dðnetai apì to posostì k je kathgorðac astèrwn pou perièqei, fusik p nta gia to ìrio megej n twn parathr sewn mac. Me klassikèc majhmatikèc mejìdouc kataskeu zoume antðstoiqa jewrhtik montèla apì th jewrða thc astrik c exèlixhc kai th qhmik exèlixh twn galaxi n. 3.6 Oi kontinoð mac galaxðec Oi kontinoð mac galaxðec, oi opoðoi apoteloôn to topikì mac sôsthma galaxi n, mac dðnoun plhroforðec gia tic idiìthtec kai ta qarakthristik twn diafìrwn tôpwn galaxi n. EÐnai perðpou 30 kai apoteloôn thn Topik Om - da}, ìpwc lègetai. O GalaxÐac thc Andromèdac (M31) kai o dikìc mac GalaxÐac

50 50 'Onoma R (kpc) TÔpoc M za (M ) M V Andromèda (M31) 710 Sb O GalaxÐac mac 8 Sb M Sc Meg lo Nèfoc Maggel nou 54 Irr NGC E IC Irr M E Mikrì Nèfoc Maggel nou 63 Irr NGC de NGC de NGC Irr NGC Irr Πίνακας 3.1: Οι πιο γνωστοί γαλαξίες της τοπικής ομάδας eðnai oi pio meg loi se m za galaxðec tou TopikoÔ mac Sust matoc kai akoloujeð me mikr diafor o M33. H Andromèda eðnai speiroeid c galaxðac tôpou Sb kai apèqei apì to dikì mac 710kpc. Oi kontinìteroi galaxðec thc Topik c Om dac} eðnai to Meg lo Nèfoc tou Maggel nou (LMC) pou apèqei 54kpc kai to Mikrì Nèfoc tou Maggel nou (SMC) se apìstash 63Kpc kai oi dôo an maloi galaxðec wc proc ton morfologikì tôpo Hubble. Upologismìc thc m zac thc Andromèdac Oi galaxðec pou èqoun dðsko mporoôn na faðnontai se mac me di forec k- lðseic. 'Enac dðskoc me klðsh 0,faÐnetai ènac kôkloc aktðnac a, ènacdðskoc me klðsh i, faðnetai san èlleiyh me xonec a, b ìpou b/a =cosi. An V h taqôthta wc proc thn epibatik aktðna tìte h pragmatik taqôthta, V dðnetai apì th sqèsh V = V sin i. 'Askhsh UpologÐste th m za thc Andromèdac apì thn kampôlh peristrof c lamb nontac upìyh thn klðsh thc wc proc to epðpedo tou ouranoô. Sto Sq ma 3.2 faðnetai h kampôlh peristrof c tou galaxða thc Andromèdac. H kampôlh peristrof c dðnei thn taqôthta peristrof c gia di forec apost seic apì to kèntro thc Andromèdac mèqri to tèloc tou fwteinoô dðskou. EÐnai fanerì ìti h taqôthta mènei sqedìn stajer. An ìmwc h m za tan h perissìterh sugkentrwmènh sto kèntro, ja Ðsque o nìmoc tou Kepler kai h taqôthta èprepe na mhdenðzetai. Autì pou metr me eðnai h taqôthta Doppler pou, lìgw peristrof c ja eðnai llote arnhtik (plhsðasma thc phg c) l-

51 51 lote jetik (apom krunsh), analìgwc pou metr me. Par ìla aut sto sq ma dðnetai h mèsh tim kai eðnai p ntote jetik. Upojètoume ìti to sq ma tou dðskou thc Andromèdac, ìntac elleiptikì mac dðnei ta m kh twn hmiaxìnwn a kai b kai mac epitrèpei na upojèsoume ìti hklðsh i, dðnetai apì th sqèsh cos i = b a. Apì thn eikìna thc Andromèdac upologðzoume thn mègisth di stash tou fwteinoô dðskou 2a kai upojètoume ìti a = R, h aktðna tou dðskou (pou jewroôme kuklikì). H taqôthta eðnai gnwst apì to sq ma pou dðnei thn kampôlh peristrof c. An h taqôthta pou mac dðnei h kampôlh eðnai V sthn apìstash R, tìte h taqôthta eðnai kai h perðodoc P (sec) = V = V sin i 2πR(m) V (m/sec). Par ìlo pou eðnai fanerì ìti den mhdenðzetai h taqôthta sta kra, mða pr th prosèggish apoteleð o 3oc nìmoc tou Kepler: M = R 3 /ρ 2 pou mac dðnei mða tim (el qisth) thc m zac. 'Enac deôteroc trìpoc, all p li jewr ntac ìti h m za tou galaxða eðnai kurðwc sugkentrwmènh sto kèntro tou, eðnai h sqèsh pou mac dðnei th m za gôrw apì thn opoða s ma me taqôthta V peristrèfetai se apìstash R: V (m/sec) =(GM/R) 1/2 ìpou (r = 710kpc = m). Na breðte thn m za thc Andromèdac sto kro, sta R = 118arcmin. DÐnetai (b/a =0.21 = cos i). Σχήμα 3.2: Η καμπύλη περιστροφής του γαλαξία της Ανδρομέδας.

52 52 Σχήμα 3.3: Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας. 3.7 Morfologik qarakthristik twn galaxi n kai h seir Hubble Ta morfologik qarakthristik twn galaxi n exart ntai merik c apì ton trìpo dhmiourgðac touc kai merik c apì thn peraitèrw touc exèlixh. Ta basik qarakthristik thc dom c touc, ìpwc o lìgoc dðskoc/bulge kajorðzontai kat th dhmiourgða touc en ta pio epifaneiak qarakthristik, ìpwc to perieqìmeno se aèrio exart tai apì th dunamik tou Ðdiou tou galaxða kai thn istorða thc exèlix c tou. 'Htan pali gnwstì ìti ta qarakthristik } pou kajorðzoun thn exèlixh twn galaxi n exart ntai kat kôrio lìgo apì thn katanom thc m zac mèsw thc klðmakac qrìnou, ìpwc mporeð na upologisteð apì upojèseic san thn perðodo peristrof c. Ta teleutaða qrìnia p ntwc gðnetai fanerì ìti fainìmena allhlepðdrashc me to perib llon despìzoun (dedomènou ìti oi galaxðec eðnai sp nia memonwmènoi) kai mporoôn na all xoun th dom tou k je galaxða, prosjètontac afair ntac ulikì, mhqanismoð pou dôskola xeqwrðzontai an ofeðlontai se eswterik idiìthta epðdrash tou perib llontoc. Se paliìterec ermhneðec, h kôria upìjesh gia th dhmiourgða twn galaxi n tan h omogen c katanom twn diafìrwn paramètrwn sta arqik st dia, pr gma pou eðqe san apotèlesma tic diaforèc sto lìgo dðskoc/bulge na apodðdontai kurðwc sto rujmì dhmiourgðac astèrwn tou prwtarqikoô galaxða. S mera pia eðnai gnwstì, ìti se shmantik meg lec klðmakec to sômpan eðnai anomoiogenèc kai ierarqhmèno, pr gma pou sunant me kai se mikrèc klðmakec. Oi allhlepidr seic metaxô twn galaxi n, ìpwc oi sugqwneôseic twn di-

53 53 afìrwn mikrotèrwn dom n, faðnetai na apoteloôn ton epikratèstero mhqanismì gia th dhmiourgða twn meg lwn galaxi n, kurðwc thn epoq pou to sômpan tan pio puknì kai oi apost seic twn galaxi n polô mikrèc. E n oi sugqwneôseic twn galaxi n odhgoôn eukolìtera sto sqhmatismì galaxi n stouc opoðouc despìzei to bulge, tìte se perioqèc tou sômpantoc me megalôterh puknìthta, prèpei na brðskoume perissìterouc galaxðec me meg lh m za pr gma pou sumbaðnei. Epomènwc oi morfologikèc idiìthtec twn galaxi n kai o susqetismìc touc me to perib llon, èqoun sqèsh me tic anomoiogèneiec tou q rou ìpou dhmiourgoôntai kai allhlepidroôn suneq c. Par ìla aut akìmh den up rqei saf c ex ghsh gia th seir Hubble twn tôpwn twn galaxi n dedomènou ìti h morfologða kai dom enìc galaxða, o opoðoc dhmiourgeðtai apì sugq neush llwn kommati n} exart tai apì aut n kaj aut n th fôsh touc. An eðnai kurðwc mikrìteroi galaxðec, ìpou despìzoun ta stra sth sunolik m za, tìte o galaxðac pou dhmiourgeðtai eðnai ènac gigantiaðoc elleiptikìc ènac arqikoô tôpou speiroeid c, en an ta komm tia} eðnai kurðwcaeri deic m zec, tìte o galaxðec pou prokôptei eðnai kurðwc apoteloômenoc apì dðsko. Epomènwc èna epìmeno prìblhma, toopoðo ja prosfèrei exhg seic ston pio p nw problhmatismì gia th shmasða thc morfologik c seir c Hubble, eðnai o trìpoc dhmiourgðac astèrwn stouc prwtogalaxðec. Hfusik tou prwtarqikoô aerðou, to opoðo jermaðnetai lìgw sugkroôsewn eðnai èna jèma pou melet tai suneq c kai akìmh den èqoume katal bei th sumperifor tou. Se perib llonta polôploka, ìpwc puknèc perioqèc galaxi n, ìpou kai ta exwterik s mata epidroôn sth dhmiourgða astèrwn apì to up rqon aèrio, den eðnai eôkolo akìmh na mac d soun mða oloklhrwmènh ex ghsh thc seir c morfologik n tôpwn Hubble. Parathr seic meta meg la g ina thleskìpia kai me aut tou diast matoc sig -sig mac dðnoun th dunatìthta na p roume plhroforðec pio bajei sto qrìno kai to q ro kai na prospaj soume na exhg soume touc mhqanismoôc pou despìzoun sth dhmourgða twn galaxi n kai thn exèlix touc. ShmeÐwsh H shmasða tou lìgou dðskoc/bulge èqei na k nei me to an o galaxðac eðnai speiroeid c elleiptikìc. O dðskoc despìzei stouc speiroeideðc galaxðec kai èqei polô aèrio, to bulge eðnai h sfairoeid c sunist sa enìc galaxða me poll astèria kai ìtan despìzei qarakthrðzei touc elleiptikoôc galaxðec.

54 54

55 KEF ALAIO 4 Sm nh galaxi n - Meg lec domèc 4.1 Sm nh galaxi n EÐnai plèon gnwstì kai kurðwc to teleutaðo misu tou ai na autoô ìti oi galaxðec emfanðzontai sqedìn p nta an zeôgh kai suqn pollaploð kai fj noun na apoteloôn sm nh galaxi n me mikrìterh megalôterh sunoq kai pl joc. Sto Sq ma 4.1 blèpoume to sm noc galaxi n sto opoðo an kei o GalaxÐac mac, to opoðoonom zetai Topikì SÔsthma Galaxi n. Ta sm nh galaxi n eðnai llote summetrik ìpou oi galaxðec katanèmontai gôrw apì èna dôo elleiptikoôc galaxðec me ter stia m za, an mala katanemhmènoi, parousi zontac epð mèrouc sumpukn seic. MÐa shmantik fusik par metroc, pou perigr fei thn exeliktik kat stash enìc tètoiou sust matoc eðnai o qrìnoc di bashc} (crossing time) kai orðzetai wc t cr = R/ < v >, ìpou R h di stash (di metroc h megalôterh apìstash se an malo sq ma) tou sm nouc kai <v>h mèsh tuqaða taqôthta twn galaxi n mel n tou. Se sust mata ìpwc to sm noc galaxi n COMA, o qrìnoc di bashc t cr eðnai perðpou Ðsoc me to 0.1 thc hlikðac tou SÔmpantoc. An upojèsoume, ìti oi galaxðec èqoun thn hlikða tou SÔmpantoc shmaðnei ìti to sm noc autì brðsketai sto sôsthma pollèc forèc tou t cr, ra up rqoun dun meic sunoq c pou sugkratoôn touc galaxðec kont, allðwc me tic parathroômenec taqôthtec ja eðqan apomakrunjeð. 'Etsi o qrìnoc di bashc} qrhsimopoieðtai san krit rio gia to anto sôsthma eðnai dunamik stajerì} (bound) astajèc (unbound), pr gma pou sumbaðnei suqn se oligoplhj an mala sm nh. Hsunolik m za twn smhn n galaxi n fj nei ta M. Par ìla aut h m za aut dðnetai apì thn parathroômenh taqôthta kai upojètontac ìti isqôei to je rhma Virial. An ìmwc ajroðsoume tic m zec twn galaxi n pou an koun se tètoia sm nh, tìte h sunolik m za den xepern to 1/20 thc m zac, 55

56 56 Σχήμα 4.1: Το Τοπικό Σύστημα Γαλαξιών. Σχήμα 4.2: Τα σμήνη γαλαξιών σε απόσταση 20 εκατομμυρίων ετών φωτός.

57 57 h opoða upologðzetai apì to Virial. Autèc oi parathr seic met thn kampôlh peristrof c} tan h deôterh sobar èndeixh gia thn Ôparxh skotein c m zac. Ta sm nh galaxi n pou eðnai dunamik eustaj } eðnai ta pio meg lhc m zac sust mata sto SÔmpan me dunamik sunoq kai mporeð na ta jewr soume, ìti emfanðzoun idiìthtec isìjermhc sfaðrac. EÐnai h pio apl morf katanom c pou ja mporoôsame na upojèsoume kai faðnetai ìti eðnai mða kal prosèggish, pou den diafèrei polô apì tic parathr seic. BrÐsketai, ìti h diaspor taqut twn twn galaxi n eðnai lðgo wc polô anex rthth thc aktðnac tou sm nouc, ektìc Ðswc stic polô kentrikèc perioqèc. Hpio apl jewrða gia th dunamik exèlixh enìc sm nouc galaxi n anaptôqjhke arqik apì ton Lynden-Bell, ìpou oi galaxðec jewr jhkan shmeiakèc phgèc. 'Otan to prwtarqikì nèfoc, apì to opoðo dhmiourgeðtai to sm noc katarrèei sthn kentrik perioq dhmiourgoôntai diabajmðseic barutikoô dunamikoô, dedomènou ìti eðnai apðjano tètoiec katarreôseic na eðnai summetrikèc. Upì thn epðdrash aut n twn barutik n diataraq n} to sôsthma katal gei se mða isorropða}, kat thn opoða oi galaxðec apoktoôn kat to m llon tton thn Ðdia taqôthta. O mhqanismìc autìc eðnai gnwstìc san bðaih qal rwsh} (violent relaxation). Me autìn ton mhqanismì èqoume san èndeixh ìti h upìjesh thc isìjermhc sfaðrac} eðnai mða kal pr th prosèggish gia th dunamik exèlixh twn smhn n. SÔmfwna me aut th jewrða, h barutik enèrgeia sunoq c (binding energy) kat thn kat rreush q netai kai sthn perðptwsh eust jeiac}, h barutik dunamik enèrgeia eðnai dipl sia thc kinhtik c. 'Etsi oi galaxðec mèlh apoteloôn èna dunamik eustajèc} dèsmio sôsthma} kai h kðnhs touc kajorðzetai apì th sunolik dunamik enèrgeia tou ìlou sust matoc. H enèrgeia tou sust matoc anakatanèmetai upì thn allhlepðdrash twn mel n tou, ìpwc se èna aèrio, ìpou oi taqôthtec apoktoôn katanom Maxwell kai oi enèrgeiec isokatanèmontai. Aut h exèlixh èqei san apotèlesma thn aôxhsh thc kinhtik c enèrgeiac twn galaxi n mikr c m zac kai thn antðstoiqh el ttwsh gia touc galaxðec meg lhc m zac oi opoðoi sig sig kateujônontai proc to kèntro. H antallag enèrgeiac metaxô twn galaxi n lègetai dunamik trib }. O mhqanismìc thc dunamik c trib c sthrðzetai sthn upìjesh ìti mða m za m, kineðtai me taqôthta v, (dhlad ta stra tou mikroô galaxða) se èna reustì me puknìthta ρ. Me aut thn upìjesh mporoôme na broôme ton qrìno pou qrei zetai mia tètoia diadikasða kai thn exèlixh thc. To fainìmeno thc dunamik c trib c eðnai entonìtero gia tic meg lec m zec, me apotèlesma se qronikèc klðmakec, ìsh h hlikða tou SÔmpantoc, na sugkentr nontai oi meg lhc m zac galaxðec sto kèntro.'etsi suqn parathroôme fainìmena sugq neushc galaxi n (interacting galaxies, merging) kai th dhmiourgða gigantiaðwn galaxi n (Sq ma 4.3). Se mia apìstash perðpou 60 ekatommôria èth fwtìc, to sôsthma Antennae (Sq ma 4.4) eðnai to kontinìtero par deigma miac sôgkroushc metaxô dôo meg lwn galaxi n. H sôgkroush, pou rqise lðgec ekatont dec ekatommôria èth prin, eðnai tìso bðaih pou to aèrio kai ta astèria apì touc galaxðec èqoun ektinaqjeð se dôo makri tìxa, pou moi -

58 58 Σχήμα 4.3: Η σύγκρουση δύο γαλαξιών zoun me keraðec. Gi autì kai p re to sôsthma to ìnoma Antennae. MÐa apì tic pio shmantikèc anakalôyeic twn teleutaðwn et n eðnai h Ôparxh jermoô mesogalaxiakoô aerðou sta sm nh galaxi n. To f sma tou stic aktðnec X eðnai qarakthristikì jermikì bremsstrahlung} jermoô aerðou me jermokrasða K. H Ôparxh autoô tou aerðou shmaðnei ìti gia na diathrhjeð mða stajer ektetamènh atmìsfaira sto sm noc, to aèrio prèpei na eðnai jermì. P ntwc eðte to aèrio kateujônetai, apì to mesodi sthma proc to sm noc, eðte diafeôgei apì touc galaxðec mèlh, jermaðnetai kaj c pèftei sto bajô phg di tou dunamikoô} tou sm nouc. H Ôparxh uyhl ionismènou sid rou shmaðnei, ìti to mesogalaxiakì aèrio eðnai gem to stoiqeða, pou proèrqontai apì ta par gwga thc jermopurhnik c sônthxhc kat th di rkeia thc exèlixhc twn astèrwn kai eidik, ìtan ekr gnuntai san uperkainofaneðec (supernovae). 4.2 Meg lec domèc Gia tic akìmh megalôterec domèc den èqoume akìmh bèbaiec parathr seic kai ta upersm nh}, ìpwc lègontai den eðmaste se jèsh na xèroume kat pìso eðnai barutik dèsmia}. Sto Sq ma 4.5 blèpoume to upersm noc thc Parjènou, sto opoðo an kei kai to Topikì mac SÔsthma Galaxi n. O trìpoc me ton opoðo proseggðzoume tojèmaeðnai h mètrhsh twn taqut twn me thn opoða oi galaxðec deðqnoun na kateujônontai proc èna shmeðo tou TopikoÔ Upersm nouc}. Oi taqôthtec autèc ja prèpei na sqetðzontai me th diafor sth mèsh puknìthta sto SÔmpan apì thn puknìthta (wc proc th m za)

59 59 Σχήμα 4.4: Το σύστημα Antennae. Αριστερά έχουμε μια εικόνα του τηλεσκόπιου Chandra στις ακτίνεσ-x. Σχήμα 4.5: Το σουπερ σμήνος (σμήνος σμηνών γαλαξιών) της Παρθένου

60 60 Σχήμα 4.6: Τα σμήνη γαλαξιών σε απόσταση 200 εκατομμυρίων ετών φωτός. sthn topik diataraq. Aut akrib c h melèth twn taqôthtwn eðnai mða pr th prosèggish gia thn melèth twn dom n polô meg lhc klðmakac sto SÔmpan. 'Enac deôteroc trìpoc prosèggishc gia th melèth twn meg lwn dom n eðnai h efarmog tou jewr matoc Virial (kosmikì Virial, ìpwc onom zetai), to opoðo jewroôme, ìti qarakthrðzei thn katanom twn galaxi n sto SÔmpan. H katanom thc m zac twn galaxi n antiproswpeôei to mèso barutikì dunamikì en h mèsh kinhtik touc enèrgeia se sqèsh me tic taqôthtec pou anamènontai apì to Nìmo tou Hubble (Hubble flow) lìgw thc diastol c tou SÔmpantoc, qarakthrðzei thn kinhtik touc enèrgeia. Kai oi dôo trìpoi odhgoôn sto sumpèrasma ìti to M/L dhlad o lìgoc thc sunolik c m zac wc proc th sunolik lamprìthta twn parathroômenwn galaxi n eðnai metaxô 200 èwc 600. EÐnai epomènwc fanerì, ìti up rqei skotein m za, thn opoða anazhtoôme. Oi diast seic twn meg lwn dom n eðnai thc t xhc twn h 1 Mpc, ìpou h = H 0 /100kmsec 1 Mpc 1 kai to H 0 dðnetai kmsec 1 Mpc 1 apì to nìmo tou Hubble v = H 0 r (r, h apìstash enìc galaxða kai v, htaqôthta apom krunshc). Mèqri s mera mporoôme na broôme domèc me kal akrðbeia mèqri t xh

61 61 Σχήμα 4.7: Μετρώντας το ρυθμό της διαστολής του Σύμπαντος σε πολύ μεγάλες αποστάσεις βρίσκουμε ότι ο ρυθμός αυτός επιταχύνεται, ενώ η βαρύτητα θα έπρεπε να τον επιβραδύνει. Άρα υπάρχει ενέργεια άγνωστη σε μας που την ονομάζουμε «σκοτεινή ενέργεια» ή «ενέργεια κενού». megèjouc (se diast seic) 100h 1 Mpc, all up rqoun endeðxeic gia akìmh megalôterec domèc jewr ntac, ìti akìmh den èqoume qartograf sei arket meg lec perioqèc tou SÔmpantoc ste na elègxoume thn omogènei tou. Tèloc ènac lloc stìqoc, pou mac k nei na melet me tic meg lec domèc} eðnai h eôresh thc puknìthtac tou SÔmpantoc thn opoða sumbolðzoume me Ω, kai perigr fei th mèsh puknìthta thc Ôlhc. Apì tic mèqri t ra endeðxeic h tim thc puknìthtac Ω pou prokôptei apì th barutik m za eðnai Ω 0.2 kai epomènwc M/L An l boume upìyh, ìti ta jewrhtik montèla apaitoôn Ω=1tìte oi timèc pou mac dðnei kai to kosmikì Virial} apaitoôn kai p li thn Ôparxh skotein c Ôlhc, thn Ôparxh thc opoðac jewroôme plèon bebaða kai sig -sig prospajoôme na apokalôyoume th fôsh thc. 4.3 Sun rthsh lamprìthtac twn galaxi n H poikilða twn morf n kai idiot twn twn galaxi n ìpwc thn perigr yame wc t ra èqei shmasða kai eðnai anamenìmenh an l boume upìyh mac tic di forec sunist sec, pou apoteloôn k je galaxða qwrist. To pl joc twn galaxi n sto SÔmpan eðnai shmantikì stoiqeðo, gia na antilhfjoôme to posostì thc m zac pou parathroôme kai epomènwc na èqoume mða ektðmhsh thc puknìthtac thc Ôlhc sto SÔmpan. Dedomènou, ìti to pl joc twn astèrwn se k je galaxða kumaðnetai apì 10 6 èwc kai to aèrio se autoôc eðnai se m za apì