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 Betreff des Beitrags: NGC7331 - der Weg zur Rotationskurve
BeitragVerfasst: 30. September 2018, 22:35:55 PM 
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Hallo,

das gute Beobachtungswetter der letzten Tage habe ich genutzt, um noch mehr ortsaufgelöste Spektren von NGC7331 anzufertigen. Dabei habe ich nicht versucht, die Radialgeschwindigkeit genauer zu bestimmen, ich denke, dass die 1%-Messung des ersten NGC7331 Postings das Optimum darstellt, oder sogar übertrifft, das ich mit meinem Instrumentarium erreichen kann.

Worauf es mir ankam, war durch eine entsprechende Platzierung des Spaltes "über der Galaxie", die Rotation der galaktischen Scheibe von NGC7331 zu untersuchen. Der Spalt wurde dabei nicht über den hellen Galaxienkern gelegt, sondern neben dem Kern, da die bisherigen Daten ja zeigten, dass dieser Kern von so viel Wasserstoff umgeben ist, dass die Ha-Emissionslinie absorbiert wird.

So einfach dies klint, sollte man nicht vergessen, dass das Autoguider-Bild des Spaltes eben keine mehrstündige Astroaufnahme ist, sondern, dass man bei diese schwachen Objekte ein bisschen in Leere peilen muss. Das nachfolgende Bild zeigt eine 1sec-Belichtung, die Optik ist ein 14"-Hypergraph, f/7.5, als Autoguider nutze ich eine StarlightXpress X2.

Bild

Die Spaltlinie ist etwas gegen die Vertikale verkippt, ich habe hier versucht, der Hauptachse von NGC7331 zu folgen, damit der Spalt helle Bereiche in der Galaxienscheibe erfasst. Die Helligkeit des Galaxienkerns ist als Flächenhelligkeit mit 10.4mag angegeben, berücksichtigt man die Größe des Kerns, so spektrometriert man 12mag. Die hellen Bereiche der Scheibe, die ich erreichen will, liegen bei 16+mag. Um diese Ziele zu zeigen, habe ich in der folgende Aufnahme ein NGC7331-Bild einmontiert, und man erkennt die fast von der Seite (edo-on) betrachtete Scheibe mit den Spiralarmstukturen und den Sternentstehungsgebieten.

Bild

Die Spektrum ergibt sich aus der Überlagerung von sechs 20min-Einzelbelichtungen. Das Bild zeigt das rohe Spektrum, also mit Himmelshintergrund, weil ich auf darauf aufmerksam machen möchte, das man bei genauer Betrachtung im Bereich der Ha-[NII]-Linien Strukturen sieht, die ober- und unterhalb der hellen Spektralstreifens liegen. Noch einmal gesagt, ich habe nicht den Galaxienkern auf den Spalt gelegt, der helle Streifen ist also das Spektrum der hellen, kernnahen Region.

NGC7331 Spektrum mit Profilbereichen
Bild

Die Ha-[NII]-Linienstrukturen weisen eine sichtbaren Rechts-Links-Versatz auf, und genau dies ist der Hinweis auf die Messungen der Rotationsgeschwindigkeit in der Galaxienscheibe. Natürlich sind diese Liniensignaturen nicht prominent, sondern eher schwache Signale. Dennoch lohnt es sich, ihren Verlauf entlang des Spaltes näher zu untersuchen. Daher habe ich 9 helle Bereiche markiert und für diese jeweils Spektralprofile erstellt. Die Profile 1,2,3,4,5 liegen oberhalb des Kerns, 6 ist das kernnahe Profil und die Profile 7,8,9 liegen unterhalb des Kerns.


NGC7331 Profile 1,2,3,4 - oberhalb des Kerns
Bild

--> In der Zusammenschau der 4 Profile sieht man, wie diese zusammen eine Emissionslinie formen. Es handelt sich um die Ha-Emissionslinie, die in den hellen Sternentstehungsgebieten in der Scheibe erzeugt wird. Die Linie ist rotverschoben - relativ zum Galaxienkern, dieser Bereich der Scheibe entfernt sich also schneller von uns, als die Fluchtgeschwindigkeit des Kernes.


NGC7331 Profile 5,6 - oberhalb des Kerns und kernnahes Profil
Bild

--> Die gut ausgebildete Ha-Linie ist hier verschwunden. Das passt gut zum Ergebnis, dass in Kernnähe durch Absorption die Ha-Emission unterdrückt ist. Was auffällt, ist, dass in dieser Zone aber dennoch die [NII]-Emission zu sehen ist, diese Doppelstruktur Ha-[NII]-war bereits im rohen Spektrum aufgefallen und bei Profil 5,6, verschwindet Ha und [NII] zeigt sich.


NGC7331 Profile 7,8,9 - unterhalb des Kerns
Bild

--> Man befindet sich nun auf der anderen Seite der Scheibe, hier ist weist die radiale Komponente der Rotation auf uns zu, es tritt also eine Blauverschiebung der Ha-Emissionslinie auf. Das Profil 9 ist sehr verrauscht, hier kann man den Ha-Beitrag nur noch schwach deuten.



Bestimmt man die Linienlagen der Ha- und der [NII]-Linien ergibt sich die folgende Wertetabelle. Der Absolutwert der Rotverschiebung der Galaxie ist hier nicht so wichtig, also die Relativgeschwindigkeiten der Bereiche ober- und unterhalb des Kerns. Diese Relativgeschwindigkeiten berechnen sich zuerst als positive / negative Wellenlängenverschiebungen und daraus ergeben sich die Geschwindigkeiten in km/s.

NGC7331 Messwerte Ha und [NII] - Grafik der Ha-Geschwindigkeiten
Bild


Die Grafik ist eine sehr einfache Version der Rotationskurve der Galaxie NGC7331. Man erkennt sehr schön, dass die Rotationsgeschwindigkeiten keinen kepler'schen Verlauf zeigen, sie nehmen nicht nach außen ab. Vielmehr liegen sie auf Plateaus - oberhalb des Kerns mit +259 +/- 21 km/s und unterhalb des Kerns mit -267 +/-10 km/s.

Damit konnte also zum einen die Rotations der galaktischen Scheibe in NGC7331 nachgewiesen werden, und zum anderen zeigen die Plateaus, dass NGC7331 eine große Menge dunkler Materie im Halo enthalten muss. Die gleichmäßig verteilte Dunkle Materie bewirkt den konstanten Verlauf der Relativgeschwindigkeitskurve.

Meine Messungen passen gut zu den Angaben in der Literatur. Unten die Grafik aus einem Artikel von W.J.G. de Blok (Astron.J., 136, 2008) - rechts unten ist die Rotationskurve zu sehen, mit Geschwindigkeiten im Bereich von 250-280 km/s. Die Inklination der Scheibe ist auch bestimmt, sie liegt bei etwa 75°. Die gesamte Veröffentlichung findet man unter http://inspirehep.net/record/799171/plots
Bild


Um die Ortsauflösung des erstellten Spektrums noch besser zu zeigen, habe ich das NGC7331 Bild neben den Bereich mit den Liniensignaturen kopiert. Die hellen Bereiche habe ich dann durch Kreise im Bild, entlang der Spaltlage, entsprechend zugeordnet. Dies ist zwar eine Bastelei, und die wissenschaftliche Aussagekraft ist sicher beschränkt, aber es zeigt doch, wie weit die leuchtenden Strukturen vom Kern entfernt sind. Als zweite Aufnahme habe ich eine Infrarotaufnahme des Spitzer-Weltraumteleskops überlagert, das die Spiralarmstrukturen aus molekularem Gas noch besser hervortreten lässt. Und außerdem ist hier die starke Absorption im Zentrum gut sichtbar

NGC7331 Spektrum und optisches Bild
Bild

NGC7331 Spektrum und IT-Bild (Spitzer-Aufnahme)
Bild


Schöne Grüsse,
Michael

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BeitragVerfasst: 03. Oktober 2018, 14:34:30 PM 
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Hallo,

noch ein kleiner Nachtrag. Die Rotationskurve wird normalerweise im Bezug auf den Abstand vom Zentrum der Galaxie angegeben.
Ich hatte oben die Profil-Nummern genannt, die sich Abständen zuordnen lassen.

In der nachfolgenden Grafik ist die Zuordnung nun direkt erfolgt, die x-Achse gibt die Zentrumsabstände in Bogenminuten an.

Bild


Schöne Grüsse,
Michael

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BeitragVerfasst: 03. Oktober 2018, 20:04:45 PM 
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Hallo Michael,
willst Du Deine Ergebnisse nicht in einem Paper für das Spektrum zusammenfassen? Das würde sicherlich zahlreiche Leser finden.
Viele Grüße
Christian


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BeitragVerfasst: 04. Oktober 2018, 22:17:18 PM 
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Hallo Christian,

ja, gerne. Wenn redigiert denn das 'Spektrum"?

Ich dachte schon daran gedacht, Daniel anzuschreiben, bzgl. eines VdS Artikels. Ihm hatte ich schon einen Einstiegsartikel zu Galaxienspektren geschickt, das wäre jetzt ein paar Schritte weiter.

Schöne Grüsse,
Michael

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BeitragVerfasst: 04. Oktober 2018, 22:51:26 PM 
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Hallo Michael,
wende Dich bitte an Thomas Hunger.
Viele Grüße
Christian


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BeitragVerfasst: 06. Oktober 2018, 22:05:30 PM 
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Hallo,
Przemek Mroz et al. haben mittels delta Cepheiden die Rotationskurve der Milchstraße vermessen:
ROTATION CURVE OF THE MILKY WAY FROM CLASSICAL CEPHEIDS
https://arxiv.org/pdf/1810.02131.pdf
Das Ergebnis ergibt ein ähnliches Bild.
Viel Grüße
Christian


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BeitragVerfasst: 14. Oktober 2018, 10:32:22 AM 
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Hallo Christian,

ja, richtig - dieses Niveau von 200-250 km/s ist fast schon eine Standardgröße für Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße bzw. NGC7331.

Ich werde Thomas Hunger einmal anschreiben.

Schöne Grüsse,
Michael

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