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Max Camenzind Senioren Uni
Würzburg 2018
Gaia Milchstraße in 6+D
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Inhalt - Gaia
• Stellarium – mein Planetarium auf dem Computer zu Hause.
• Die ESA-Mission Gaia:
• Aufbau der Sonde
• Lagrange-Punkt L2
• Gaia-Phtotmetrie und Radial-Geschwin-digkeiten
• Hertzsprung-Russell-Diagramme mit Gaia
• Galaktische Absorption mit Gaia
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Stellarium - mein Planetarium
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Menuleisten Stellarium
Einstellung
Beobachtungsort
Einstellung
Beobachtungszeit
Geschwindigkeit
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Stellarium Linux, Windows, Mac
OpenGL Software
Horizont
Linke Maustaste
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Die Gaia Mission ESA 2014 - 2020
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19.12.2013
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Entfaltung im Flug nach L2
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Gaia operiert vom Lagrange L2 aus
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Lagrange-Punkte Erde – Sonne
L1 dient zur Erd- und Sonnenbeobachtung
150 Mio. km 1,5 Mio. km
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Die Erde, aufgenommen am 6. Juli 2015 aus einer Entfernung von ca. 1,5 Millionen km mittels der EPIC-Kamera der Raumsonde DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) Überwachung von Hurricanes
Überwachung der Erde vom L1 aus
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Die Lagrange-Punkte Erde-Sonne
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Effektives Potenzial
L1 – L3 sind instabil
L4 & L5 sind stabil
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Bewegung um L2
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Vermessung der Parallaxe
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Aufbau Gaia: 1: Stabiler Torus, ein Ring aus Siliziumkarbid 2: Kühlradiator 3: Elektronik der Fokussierebene 4: Stickstofftanks 5: Prismen für das Spektroskop 6: Treibstofftanks 7: Startracker 8: Telekommuni- kationsteil und Batterien 9: Hauptantrieb
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Die Sonnenseite von Gaia
Wie groß ist die Sonneneinstrahlung?
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Die Torus-Struktur von Gaia
1,45 x 0,50 m² SiC Spiegel 106,5° Winkel
1,45 x 0,50 m² SiC Spiegel
Kombinierte Fokalebene 106 CCD-Detektoren
Optische Bank
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Gaia Scan
Modus -
Spinrate: 4 mal/Tag
Präzession: 63 Tage Sonnen-winkel: 45 Grad
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Gaia Scan-Modus • Um den gesamten Himmel abzuscannen ist die
Rotationsachse der Sonde um 45° von der Sonne weggeneigt und präzediert langsam um die Sonne herum. Eine Präzessionsperiode dauert 63 Tage, das sind 5,8 Perioden pro Jahr. In Kombination mit dem Umlauf um die Sonne vollführt die Achse eine spiralförmige Bewegung über die Himmelskugel, während die Teleskope senkrecht zur Drehachse den Himmel entlang von Großkreisen abscannen und so allmählich den ganzen Himmel erfassen. Die Ausrichtung des Scans wurde übrigens dahingehend optimiert, dass einige helle Sterne nahe am Rand von Jupiter vorbei ziehen, so dass die Ablenkung ihres Lichts im Schwerefeld des Riesenplaneten als Beifang gemessen werden kann.
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Überdeckung des Himmels
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Das Sensorfeld von Gaia
Stern
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• Das Sensorfeld besteht aus 106 8,8 Mpx-CCDs mit 90% Quanteneffizienz. Vier Instrumente:
• Sky-Mapper SM identifiziert die Objekte (Sterne); • das Astrometrie-Instrument (AstroF), das die
Sternörter und -eigenbewegungen mit einem breiten Feld aus 62 breitbandigen CCDs misst;
• das Photometer (BP/RP, Blue Photometer/Red Photometer), das die Helligkeitsverteilung über verschiedene Wellenlängen im blauen (320-660 nm, UV-Rot) und roten (650-1000 nm, Rot-IR) Spektralbereich mit jeweils für diese Wellenlängen optimierten CCDs misst;
• das Radialgeschwindigkeits-Spektrometer (RVS, Radial-Velocity Spectrometer), ein Gitter-Spektrometer, das sich im Strahlengang der rechten Seite des Sensorfelds befindet.
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Kontroll-CCDs & Fokussierung • 2 CCDs dienen in Kombination mit einem Laser-
Interferometer, das einen künstlichen Stern erzeugt, als Basiswinkel-Monitor (Basic Angle Monitor, BAM; 106,5 Grad). Der Laser-Stern wird in beide Optiken eingespiegelt und auf dem BAM-Sensor überlagert, wo es zur Interferenz mit entsprechendem Streifenmuster kommt. Wenn sich der Winkelabstand der Teleskope ändert, wandert das Interferenzmuster auf dem Sensor. Ein zweiter Sensor dient als Redundanz, falls der erste ausfallen sollte.
• 2 CCDs (WFS) arbeiten als Wavefront-Sensoren nach dem Hartmann-Shack-Verfahren. Die Sekundärspiegel M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert.
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Sterne im Gaia-Detektor 1
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Sterne im Gaia-Detektor 2
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The coloured lines in the figure show the revised passbands for G, GBP and GRP (green: G; blue: GBP; red: GRP), defining the Gaia DR2 photometric system.
Gaia Photometrie
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Die Parameter aus Gaia-Mission
Grafik: Gerard Gilmore
Sterne pro Quadratgrad
In Parsec mas/Jahr
Wieviele Quadratgrad hat der Himmel?
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Anzahl Objekte in Gaia DR2/2018
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Der Himmel mit Gaia / DR2
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Sky Density Gaia DR2
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Die genaueste Karte Milchstraße
Dies ist keine Fotografie! Es ist eine Himmelskarte der gemessenen Helligkeit, oder Strahlungsfluss, von 1,7 Milliarden Objekten im Gaia DR2-Katalog.
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Dunkelwolken Milchstraße / Gaia
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Die Magellanschen Wolken / Gaia
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Helligkeitsverteilung Gaia DR2
5 Parameter Nur Position
? Was bedeutet der Abbruch in der Helligkeits- Verteilung?
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Gaia Referenzsystem Gaia-CRF3
Gaia DR2 enthält die Positionen von 556.869 Quasaren mit G-Magnitude ≃ 16 bis 21. Quasare sind sehr weit entfernt, so dass die Eigenbewegung und Parallaxe dieser Objekte nicht mehr messbar ist und daher mit Null angenommen wird. Diese bilden einen nicht-rotierenden Bezugsrahmen für die Messungen der Sternpositionen. Nullpunkt für dieses Messsystem ist das Baryzentrum des Sonnensystems, die Rotationsachse ist gegenüber diesen weit entfernten Objekten fest und stimmt mit der des ICRF überein. Bisher galt das ICRF2 – bestehend aus 3414 VLBI-Quasaren. Quasare sind die wahren Fixsterne am Himmel – mit bloßem Auge nicht sichtbar.
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Von den Fixsternen zu Quasaren das neue Referenzsystem Astronomie
Supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum Galaxie
Akkretionsscheibe
Jet Radio - Gamma
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Galaxien
Quasare
Quasare sind Punktquellen in kosmologischer Distanz / BOSS
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Quasardichte pro Quadratgrad 550.000 Quasare in Gaia DR2
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Helligkeitsverteilung der Quasare
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G-Helligkeit der Quasare
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Genauigkeit des Referenzsystems
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Astrometrie Es gibt systematische Fehler abhängig von der Himmels-position, Magnitude und Farbe, die auf unter 0,1 mas geschätzt werden. Es gibt einen durchschnittlichen Parallaxen-Nullpunkt von -30 μas. Eine kleine Menge von Objekten mit gestörten Parallaxen lässt sich an ungewöhnlich großen positiven oder negativen Werten erkennen. Die astrometrischen Unsicherheiten sind mathematisch abgeleitet aus den Daten und wurden nicht an externen Daten kalibriert. Die Werte sind ungefähr 7–10 % unterschätzt für lichtschwache Objekte mit G>16 außerhalb der galaktischen Ebene und ungefähr 30 % für Sterne mit G<12. Die Qualität der astrometrischen Daten für Objekte mit einer Magnitude von heller als 6 ist generell schwächer als die übrigen Daten. Die meisten der 361 Millionen Objekte mit nur zwei Parametern befinden sich am lichtschwachen Ende der Magnitudenskala.
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GCRF2 – eine neuer Bezugsrahmen
Für Gaia DR2 wurde dieser Bezugsrahmen mit einer Vorabversion des zum Veröffentlichungsdatum von DR2 noch nicht erschienenen ICRF3 abgeglichen. Eine Teilmenge von gemeinsamen 2820 Objekten stimmt in der Position mit der Vorabversion von ICRF3 sehr gut überein. Die Positionsdaten von ICRF3 stammen dabei von Radioquellen, die mittels Very Long Baseline Interferometry mit Radioteleskopen sehr präzise vermessen wurden. GCRF2 erreichte dabei eine Genauigkeit in den Positionen, die vergleichbar ist mit den Objekten des ICRF3, enthält jedoch sehr viel mehr Objekte. GCRF2 ist damit der erste optische Bezugsrahmen, der den Ausführungen des International Celestial Reference Systems genügt. GCRF2 ersetzt auch den Hipparcos Celestial Reference Frame, den bisher genauesten Bezugsrahmen.
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Einar Hertzsprung 1873 - 1967 Henry Norris Russell 1877- 1957
Die Gründerväter des HRD
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• Das Hertzsprung-Russell-Diagramm ist das wichtigste
Zustandsdiagramm zur Klassifikation der Sterne. Es
verdankt seinen Namen dem dänischen Astronomen Ejnar
Hertzsprung und dem englischen Astrophysiker Henry
Norris Russell (1913), deren Forschungsarbeit es uns
ermöglicht, Sterne nach bestimmten Kriterien, den
Zustandsgrößen, einzuordnen. Zu ihnen gehören die
Oberflächentemperatur, die Spektralklasse, die
Leuchtkraft, die absolute Helligkeit, die Masse, der
Radius, die mittlere Dichte und andere Größen, die im
Hertzsprung-Russell-Diagramm nicht betrachtet werden.
Auf den Abszissen des HRD werden die
Oberflächentemperatur oder die Spektralklasse von
rechts nach links aufgetragen. Die Leuchtkraft oder die
absolute Helligkeit werden durch die Ordinate
charakterisiert und nehmen von unten nach oben zu.
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Hertz-sprung
& Russell (1913)
Leuchtkraft
als
Funktion
der Stern-
Temperatur
Sterne
bevölkern
nur gewisse
Äste
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M 55 CFHT: 100 Lichtjahre Durchmesser / 100.000 Sterne / 12 Mrd. Jahre alt
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Asympt.
Riesenast
AGB
Horizontal-
Ast
(He-Fusion)
Riesen-Ast
(Schalen)
Hauptreihe
(H-Fusion)
RR Lyrae
Knie
FV-Diagramm
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Ra
die
n H
ert
zsp
run
g-
Ru
sse
ll D
iag
ram
m
Stephan-Boltzmann:
L = 4π R2 σT4 R = const
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HRD d < 100 pc
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d < 25 pc d < 50 pc 3724 Sterne 29.683 Sterne
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d < 100 pc 4.277.000 Sterne
212.728 Sterne
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Hertzsprung-Russell-Diagramme
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Braune Zwerge in Gaia DR2
Wie sind M-, L-, T-Typen definiert?
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Wasserstoff H
Helium He
Kohlenstoff CO
26.264 Weiße Zwerge in Gaia DR2 aufgeschlüsselt nach Atmosphären
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Neue Weiße Zwerge innerhalb 20 pc
Grafik: arXiv:1805.12590
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Massenverteilung WZ d < 20 pc
Grafik: arXiv:1805.12590
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Stellare Radien & Temperaturen
Interpretation?
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14 Kugelsternhaufen / Gaia DR2
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Gaia Daten 14 Kugelsternhaufen
Was ist DM? – Wie ermittelt man das Alter?
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32 offene Sternhaufen
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Isochronen Plejaden
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Isochronen Hyaden
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Isochronen Kugelsternhaufen
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Veränderliche Sterne:
RR Lyrae Cepheiden
LP Veränderliche
Veränderung der Farbe
(Temperatur) [Gaia DR2] Farbindex Gaia
Ab
solu
te H
ellig
keit
G G
aia
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220.000 RR Lyrae Sterne in DR2
Plot der ca. 220.000 bekannten RR-Lyrae-Sterne in galaktischen Koordinaten, darunter ca. 46.000 alleine in den Magellanschen Wolken (Kleckse halb rechts bei -30° bis -50° galaktischer Breite), 2.860 in 87 Kugelsternhaufen und 984 in Zwerggalaxien. Grüne Punkte sind bereits bekannte Sterne, gelbe sind bekannte Sterne, die in den Gaia-Daten von den Autoren nicht identifiziert werden konnten, und schwarze Punkte sind 50.220 neu gefundene RR-Lyrae-Sterne.
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![Page 74: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/74.jpg)
Die Cepheiden-
Frage HST vs
DR2
Riess et al. 2018, arXiv:1804.10655
![Page 75: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/75.jpg)
Parallaxen-Offset Cepheiden HST vs DR2
Riess et al. 2018, arXiv:1804.10655
![Page 76: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/76.jpg)
Absorption am Himmel Gaia DR2
![Page 77: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/77.jpg)
Extinktionskarte Gaia DR2
![Page 78: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/78.jpg)
Extinktionswolken Gaia DR2
![Page 79: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/79.jpg)
Die Plejaden-Kontroverse Entfernung?
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Die Plejaden-
Kontroverse ist
gelöst -
Gaia Distanz
Einklang mit VLBI
Gaia DR2
![Page 81: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/81.jpg)
Kinematik der
Großen Magellan-
schen Wolke
mit [Gaia DR2]
![Page 82: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/82.jpg)
Rotationskurve der LMC [Gaia DR2]
Welche Masse hat die LMC?
![Page 83: Gaia Milchstraße in 6+D - lsw.uni-heidelberg.de · M2 haben jeweils 5 Freiheitsgrade zur Verstellung und werden bei Fehlern in der Wellenfront automatisch justiert. Sterne im Gaia-Detektor](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040701/5d59323388c9930b7a8b8760/html5/thumbnails/83.jpg)
Gaia GC & Zwerg-Galaxien DR2
The Milky Way as reconstructed from Gaia DR2 data, highlighting the location of nearly 90 satellites of the Milky Way: globular clusters (in blue) and dwarf galaxies (in red) with annotations. The arcs shown along with each satellite show the trajectories of the objects, and more specifically the path these objects take in the next 10 million years for the globular clusters (in blue) and in the next 100 million years for the dwarf galaxies (in red). Image created by Maarten Breddels.
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Sonnen- System
mit Gaia
- Asteroid
Orbits Farbe = Albedo
[Gaia DR2]
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Sonnen-system
Asteroiden
Farbe = Perihel
[Gaia DR2]
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Asteroiden sind lichtschwach