ÿþL o g o b y A r m e l l a L e u n g , w w w . a r m e l l a . f r . t o
W s t p d o w a |e n i a g a l a k t y k
w i c z e n i e z a p r o p o n o w a n e p r z e z
A l e s s a n d r a Z a n a z z i , S u z a n n e i M i c h e l F A Y E , E U - H O U ,
N a j z y k p o l s k i p r z e Bo |y Ba :
A l e k s a n d r a F i l a r Z i e l i Ds k a
X L i c e u m O g ó l n o k s z t a Bc c e w T o r u n i u
1
P o n i |s z e w i c z e n i e p o z w a l a n a o b l i c z e n i e m a s y g a l a k t y k i s p i r a l n e j , w i d z i a n e j z p r o f i l u , p r z y
z a s t o s o w a n i u m e t o d u |y w a n y c h p r z e z p r o f e s j o n a l n y c h a s t r o n o m ó w .
Z a s k a k u j c e j e s t s t w i e r d z e n i e , |e k i l k a p o m i a r ó w o r a z p o d s t a w o w y c h p r a w f i z y k i w y s t a r c z y
d o z w a |e n i a o b i e k t ó w n a j w i k s z y c h i n a j b a r d z i e j o d d a l o n y c h o d n a s z e g o W s z e c h [w i a t a ,
( p o m i m o b r a k u m o |l i w o [c i p o m i a r ó w b e z p o [r e d n i c h - b o w i e m j e d y n e i n f o r m a c j e k t ó r y m i
d y s p o n u j e m y p o c h o d z o d k i l k u f o t o n ó w , k t ó r e p o d r ó |o w a By p o d c z a s d z i e s i t e k t y s i c y l a t ) .
J e s z c z e b a r d z i e j z a s k a k u j c y j e s t f a k t , i | p o m i a r , r e l a t y w n i e p r o s t y , z a p r o p o n o w a n y p o n i |e j
p o z w a l a w y k a z a i s t n i e n i e s By n n e j c i e m n e j m a t e r i i .
G a l a k t y k i s p i r a l n e z a w i e r a j d u |e i l o [c i g a z u , k t ó r y e m i t u j e w i d m o l i n i o w e .
J e [l i o b s e r w u j e m y g a l a k t y k z p r o f i l u ( n i e z n a p r z e c i w k a i n i e p r o s t o p a d l e d o l i n i i
o b s e r w a c j i ) , i p r z y j m u j e m y , |e g a l a k t y k a k r c i s i w o k ó B w Ba s n e j o s i , w i c w d w ó c h
p u n k t a c h d i a m e t r a l n i e p r z e c i w l e g By c h n a g a l a k t y c e , z a u w a |a m y , i | z j e d n e j s t r o n y g a z o d d a l a
s i o d n a s p o d c z a s k i e d y z d r u g i e j s t r o n y , s t a j e s i n a m c o r a z b l i |s z y ( i l u s t r a c j a p o n i |e j )
G a l a k t y k a k r c i s i
"» / » = 2 v / p o d Bu |n y / / c
= 2 v s i n ( i ) / c
L i n i e e m i t o w a n e p r z e z g a z w r u c h u w s t o s u n k u d o o b s e r w a t o r a , s p r z e s u n i t e w
c z s t o t l i w o [c i c o s t a n o w i e f e k t D o p p l e r a F i z e a u .
P o m i a r , k t ó r y p r o p o n u j e m y o p i e r a s i n a f a k c i e , |e e f e k t D o p p l e r a F i z e a u j e s t
p r o p o r c j o n a l n y d o p r d k o [c i z g o d n i e , z k t ó r g a z p r z y b l i |a l u b o d d a l a s i o d n a s .
O t r z y m u j e m y w t e n s p o s ó b p r d k o [ g a z u w z a l e |n o [c i o d o d l e g Bo [c i w s t o s u n k u d o c e n t r u m
g a l a k t y k i . K r z y w a r e p r e z e n t u j c a p r d k o [ p o d Bu |n o b r o t u v w z a l e |n o [c i o d o d l e g Bo [c i r d o
c e n t r u m g a l a k t y k i j e s t n a z y w a n k r z y w r o t a c j i .
J e |e l i z a Bo |y m y , |e g a l a k t y k a j e s t w r ó w n o w a d z e i p o d d a j e s i p r a w u p o w s z e c h n e g o
c i |e n i a , p r d k o [ j e s t p r o p o r c j o n a l n a d o m a s y z a w a r t e j m i d z y c e n t r u m , a o d l e g Bo [c i r .
T a m e t o d a j e s t u |y w a n a p r z e z a s t r o n o m ó w d o o b l i c z a n i a m a s y d u |e j l i c z b y g a l a k t y k i j e s t
s z c z e g ó l n i e i s t o t n a , p o n i e w a | u k a z u j e n i e o c z e k i w a n i s y s t e m a t y c z n p r d k o [ p o r u s z a n i a
s i k r z y w y c h r o t a c j i . P r d k o [ t a m o |e b y w y t Bu m a c z o n a j e d y n i e p r z y z a Bo |e n i u , |e m a s a
z a w a r t a w o b j t o [c i o k r e [l o n e j p r z e z p r o m i e D r , ( d a l e k o o d c e n t r u m g a l a k t y k i ) j e s t w y |s z a o d
m a s y w i d z i a l n e j ( r o z u m i e j c m a s w i d z i a l n j a k o m a s , k t ó r a e m i t u j e w i d o c z n e
p r o m i e n i o w a n i e ) . J e s t t o i s t o t n y p r o b l e m c i e m n e j m a t e r i i , a z a r a z e m j e d n o z n a j w i k s z y c h
w y z w a D d l a a s t r o f i z y k i .
2
E M I S J A A B S O R B C J A D Y S P E R S J A
1 . R o z k Ba d [w i a t Ba = r o z p r o s z e n i e w i d m a = d y s p e r s j a .
D o a n a l i z y [w i a t Ba , k t ó r e p o c h o d z i z g w i a z d y s t o s u j e s i s y s t e m d y s p e r g u j c y n a z y w a n y
s p e k t r o s k o p e m t o z n a c z y u r z d z e n i e m p r y z m a t o w y m l u b s i a t k o w y m , k t ó r e r o z p r a s z a [w i a t Bo
w z a l e |n o [c i o d d Bu g o [c i f a l i .
2 . E m i s j a a b s o r p c j a
G w i a z d y e m i t u j [w i a t Bo , k t ó r e p o r o z k Ba d z i e z a p o m o c s p e k t r o s k o p u d a j e w i d m o
c i g Be ( n a w z ó r t c z y ) . F o t o s f e r a g w i a z d z a w i e r a a t o m y , k t ó r e a b s o r b u j p e w n e
d Bu g o [c i f a l ( d l a k a |d e g o a t o m u o d p o w i e d n i e w i d m o l i n i o w e d a j e z n a k k w a n t o w y ) .
D Bu g o [c i f a l a b s o r b o w a n y c h p o j a w i a j s i w f o r m i e c i e m n y c h l i n i n a t c z y w i d m a c i g Be g o .
L i n i e a b s o r p c j i s o d u w k o l o r z e |ó Bt y m ( d u b l e t ) n a w i d m i e c i g By m , [w i a t Ba b i a Be g o :
K o m ó r k a C C D n i e r e j e s t r u j e k o l o r ó w a l e e n e r g i e , k t ó r e p o j a w i a j s i n a e k r a n i e n a
p o z i o m a c h s z a r o [c i . W i d m o g w i a z d y B e t e l g e u s e O b s e r w a t o r i u m H a u t e P r o v e n c e
P o m i a r k r o k p o k r o k u o p i s u j e s i k r z y w n a t |e n i a w z a l e |n o [c i o d d Bu g o [c i f a l i P r z y k Ba d
w i d m a e m i s j i o t r z y m a n y p o p r z e z s p e k t r o m e t r d y d a k t y c z n y H a u t e R e s o l u t i o n S P I D H R
3
Z D O B Y W A N I E W I E D Z Y
O B R A Z Y D O P O M I A R U M A S Y G A L A K T Y K I
N G C 7 0 8 3
W i d m o z r e d u k o w a n e g a l a k t y k i N G C 7 0 8 3 ( d o d e k o m p r e s j i ) N G C 7 0 8 3 _ r i d
O b r a z l a m p y w z o r c o w e j l a m p _ 1
W t e j u p r o s z c z o n e j w e r s j i p r z e d y s k u t u j e m y o b s e r w a c j e w i d m o w e i o b l i c z y m y m a s g a l a k t y k i
b e z s a m o d z i e l n e g o p r z y g o t o w y w a n i a w z o r c o w a n i a .
1 E T A P : O B S E R W A C J A W I D M A G A L A K T Y K I
G Bó w n a l i n i a h o r y z o n t a l n a r e p r e z e n t u j e w i d m o c i g Be [w i a t Ba e m i t o w a n e g o p r z e z j d r o
g a l a k t y c z n e .
Z d r u g i e j s t r o n y o b s e r w u j e m y k i l k a l i n i z p r z e s u n i c i e m w z d Bu | f a l i k t ó r e z a l e |y o d
o d l e g Bo [c i d o c e n t r u m g a l a k t y k i i j e s t r ó |n e z j e d n e j i d r u g i e j s t r o n y m a m y t u d o c z y n i e n i a z
p r z e s u n i c i e m w e f e k c i e D o p p l e r F i z e a u .
2 E T A P : Z R O Z U M I E E F E K T D O P P L E R A F I Z E A U
a . ) P r z e s u n i c i e d Bu g o [c i f a l w k i e r u n k u c z e r w i e n i / p r a w o H U B B L A
E k s p a n s j a W s z e c h [w i a t a p o c i g a z a s o b p r z e s u n i c i e " » d Bu g o [c i f a l » w k i e r u n k u
c z e r w i e n i , c o z w i z a n e j e s t z p r d k o [c i u c i e c z k i v i p r d k o [c i [w i a t Ba w p r ó |n i c w r e l a c j i :
4
b ) j e [l i zr ó d Bo z b l i |a s i d o o b s e r w a t o r a , p r z e s u n i c i e D o p p l e r a m a m i e j s c e w k i e r u n k u
k o l o r u n i e b i e s k i e g o .
Z a p i s u j e m y :
"» / » = + v / c
c ) s p i r a l n e r a m i g a l a k t y k i
( r y s u n e k p o n i |e j )
K i e r u n e k o b s e r w a c j i
( À/ 2 ) - i
G a l a k t y k a b d c n a c h y l o n a w s t o s u n k u d o : k i e r u n k u o b s e r w a c j i , c z [c i s k Ba d o w e j p o d Bu |n e j ,
p u n k t u w i d z e n i a o b s e r w a t o r a , p r d k o [c i o b r o t u p o w o d u j e e f e k t D o p p l e r a d a j c :
W z ó r : V l o n g i t u d i n a l = v r o t a t i o n c o s ( ( À/ 2 ) - i ) = = v r o t a t i o n s i n ( i )
g d z i e i j e s t n a c h y l e n i e m w s t o s u n k u d o o s i s f e r y n i e b i e s k i e j ( p a t r z i l u s t r a c j a ) .
C o w i c e j j e [l i l e w e r a m i z b l i |a s i w k i e r u n k u o b s e r w a t o r a , p r a w e r a m i o d d a l a s i ;
u w z g l d n i a j c d w i e p r d k o [c i p r z e c i w n e ( a l e o t e j s a m e j n o r m i e ) p r z e s u n i c i e D o p p l e r a
p o m i d z y d w o m a k r a Dc a m i w y n o s i :
W z ó r : "» / » = 2 v l o n g i t u d i n a l / c
5
E F E K T D O P P L E R A F I Z E A U - c i g d a l s z y
d ) d o [w i a d c z e n i e l a b o r a t o r y j n e z z a s t o s o w a n i e m u l t r a d zw i k ó w
s k a l a m s : i m p u l s y o t r z y m a n e w
u r z d z e n i e u l t r a d zw i k o w e d o b a d a D
w y n i k u p r z e j [c i a n a d a j n i k a p r z e d
e f e k t u D o p p l e r a ; o d b i o r n i k
o d b i o r n i k i e m
n i e r u c h o m y , n a d a j n i k w r o t a c j i
( o p i s d o w s p ó Br z d n y c h ) p o z i o m a
p r d k o [ v n a d a j n i k a , p i o n o w a n a d a j n i k
n i e r u c h o m y
"»/ » = v / c
s k a l a µ s : s t r u k t u r a i m p u l s u ,
c z s t o t l i w o [c i
N a d a j n i k
4 0 k H z + "f D o p p l e r
n i e r u c h o m y
Zw i a t Bo e m i t o w a n e p r z e z o b i e k t , k t ó r y o d d a l a s i , j e s t p r z e s u n i t e w k i e r u n k u
c z e r w i e n i ; ( s By n n y r e d s h i f t ( p r z e s u n i c i e k u c z e r w i e n i - g a l a k t y k ) z j a w i s k o d z i k i
k t ó r e m u , n a p o c z t k u X X w i e k u , H u b b l e p o t w i e r d z i B r o z s z e r z a n i e s i W s z e c h [w i a t a .
P r z e s u n i c i e w i d m a w e f e k c i e D o p p l e r a t o p r e c y z y j n y s p o s ó b n a b a d a n i e r u c h ó w w
a s t r o f i z y c e j a k i w m e d y c y n i e ( p r d k o [ k r w i ) .
6
3 E T A P : P O M I A R M A S Y G A L A K T Y K I
O p i s z m y r u c h o k r |n y j e d n o s t a j n y o b i e k t u o m a s i e m , w o k ó B c e n t r u m g a l a k t y k i o m a s i e M
( p r o b l e m s y m e t r i i s f e r y c z n e j , t w i e r d z e n i e G a u s s a d o s t o s o w a n e d o g r a w i t a c j i l u b p r a w
K e p l e r a )
Z a s t o s u j m y r e l a c j e G m M / r ² = m v ² / r , c o d a j e :
M = v ² r / G
d l a G = 6 , 6 7 . 1 0 - 1 1 N m ² k g - 1
D y s k u s j a
D l a c i a Ba s t a Be g o l u b d l a c e n t r u m p r z y c i g a n i a s y m e t r i i s f e r y c z n e j , v = É r , p r d k o [ w z r a s t a
z p r o m i e n i e m , w i c p r z e s u n i c i e w i d m o w e r ó w n i e |. O b s e r w u j e m y w z r o s t p r z e s u n i c i a
w i d m o w e g o w s t o s u n k u d o l i n i i h o r y z o n t a l n e j ( j d r o g a l a k t y k i ) . P r z e s u n i c i e j e s t s t a Be p r z y
o d d a l a n i u s i o b s e r w a t o r a w k i e r u n k u g ó r n y m l u b d o l n y m .
M o |e m y z a Bo |y , |e i s t n i e j e m a t e r i a n i e w i d z i a l n a , k t ó r e j e f e k t y m a j w p By w n a r o t a c j c z [c i
n a j b a r d z i e j o d d a l o n y c h o d c e n t r u m g a l a k t y k i ( t z w . c i e m n a m a t e r i a , k t ó r e j s t r u k t u r a j e s t
t e m a t e m d e b a t a s t r o f i z y k ó w )
Z a k Ba d a s i , |e p o c z w s z y o d k r z y w y c h e k s p e r y m e n t a l n y c h r u c h u o b r o t o w e g o ( i o d i n n y c h
m e t o d p o t w i e r d z a j c y c h h i p o t e z c i e m n e j m a t e r i i ) c i e m n a m a t e r i a ( n i e w i d z i a l n a z p u n k t u
w i d z e n i a o p t y c z n e g o ) s t a n o w i 9 6 % W s z e c h [w i a t a
7
P O M I A R Y
D l a G a l a k t y k i N G C 7 0 8 3 k t ó r e j w i d m o j e s t t u t a j p o d a n e , b a d a s i d u b l e t n a j b a r d z i e j [w i e t l n y ,
d Bu g o [c i f a l : »1 = 6 5 6 4 Å i »2 = 6 5 8 4 Å d u b l e t N I I - .
1 p i x e l o d p o w i a d a 0 , 8 2 a r c s e c s . . . . .
o d l e g Bo [ g a l a k t y k i w s t o s u n k u d o Z i e m i : : 3 9 , 7 M p c = 3 9 , 7 . 1 0 6 p c
1 p c = 3 , 0 9 . 1 0 1 6 m
n a c h y l e n i e i = 5 3 °
G = 6 , 6 7 . 1 0 - 1 1 N m ² k g - 1
P o w i k s z m y s t r e f w i d m a , k t ó r e n a s i n t e r e s u j e w s p o s ó b u m o |l i w i a j c y p o m i a r o d s t p ó w w
p i x e l a c h
"» / » = 2 v l o n g i t u d i n a l / c = 2 v s i n ( i ) / c
"» = 7 p i k s e l i ; »2 - »1 = 2 2 p i k s e l e H" 2 0 Å ;
» m o y e n = ( »2 + »1 ) / 2 = 6 5 7 4 Å = 6 5 7 4 . 2 2 / 2 0 p i k s e l i = 7 2 3 1 p i k s e l e
8
P R D K O Z R U C H U O B R O T O W E G O R A M I E N I A W O K Ó A J D R A G A L A K T Y K I :
O d s t p w i d m o w y w z r a s t a p o c z w s z y o d j d r a a b y o s i g n w a r t o [ n i e m a l s t a B. . . o d 7 p i x e l i
d o m o m e n t u k i e d y o d l e g Bo [ d o c e n t r u m j d r a p r z e k r o c z y 1 0 p i x e l i ( w z ó r )
V 7 = ( 7 / 7 2 3 1 ) . 3 . 1 0 8 / ( 2 s i n ( 5 3 ° ) ) = 1 8 1 k m / s
R O Z K AA D M A S Y I S T R E F A O D D Z I A AY W A N I A :
Z a Bó |m y j e d n o l i t y r o z k Ba d d o s y m e t r i i s f e r y c z n e j , r = 1 0 p i x e l i ( z a Bo |e n i e , k t ó r e m o |e b y
b a r d z i e j s k o n k r e t y z o w a n e p r z y r o z s z e r z o n e j w e r s j i w i c z e n i a )
Z d r u g i e j s t r o n y g a l a k t y k a j e s t o 3 9 , 7 M p c o d k i e r u n k u
( r y s u n e k )
1 p i x e l
0 , 8 2
a r c s e c s
3 9 , 7 M p c
1 p i x e l = 0 , 8 2 a r c s e c s / p i x e l s ;
1 a r c s e c = À / ( 1 8 0 . 6 0 . 6 0 ) = 4 , 8 5 . 1 0 - 6 r a d ;
1 p c = 3 , 0 9 . 1 0 1 6 m ,
k t w r a d i a n a c h , o d l e g Bo [ w m e t r a c h
1 p i x e l = 0 , 8 2 . 4 , 8 5 . 1 0 - 6 . 3 , 0 9 . 1 0 1 6 . 3 9 , 7 . 1 0 6 m = 4 , 8 8 . 1 0 1 8 m
P O M I A T M E C H A N I C Z N Y M A S Y D L A r H" 1 0 P I X E L I
( w z o r y )
M = v ² r / G = ( 1 , 8 1 . 1 0 5 ) ² . 4 , 8 8 . 1 0 1 9 / 6 , 6 7 . 1 0 - 1 1
M = [ 1 , 8 1 ² . 4 , 8 8 / 6 , 6 7 ] . 1 0 4 0 k g H" 1 0 4 0 k g
M H" 1 0 4 0 k g
9
P o r z d e k w i e l k o [c i m a s y g a l a k t y k ; m a s a r z e c z y w i s t a g a l a k t y k i b d z i e t y m w i k s z a i m
b a r d z i e j w y d Bu |y m y r u w z g l d n i a j c o b l i c z e n i a b a r d z i e j s z c z e g ó Bo w e ( p a t r z w e r s j a
p o s z e r z o n a w i c z e n i a )
U Z U P E AN I E N I E
C i e m n a m a t e r i a - w s t p d o d y s k u s j i n a p o d s t a w i e t r z e c h p o n i |s z y c h p a r a g r a f ó w :
1 . K i l k a m a s w e W s z e c h [w i e c i e
2 . C i e m n a m a t e r i a g a l a k t y k u j t a w k i l k u d a t a c h
3 . Z p r z y m r u |e n i e m o k a M o j a b a b c i a j e s t a s t r o n o m e m
1 . K i l k a m a s w e W s z e c h [w i e c i e
O b i e k t M a s a
S Bo Dc e 2 × 1 0 3 0 k g
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