"

7 Chapter 7 – What’s a galaxy?

OpenStax Astronomy Chapter 26: Galaxies

OpenStax Astronomy Chapter 27: Active Galaxies, Quasars, and Supermassive Black Holes

Types of Galaxies

Section 26.2

 

I.                                                       and The                                                          

A.                                                    : large collection of                                                                                                       

1.                                             together by                                                      

B.                                                            Galaxy contains about                                                                                

1. About                                                       light-years across

C.                                                        : full expanse of                                               and                                                                           

D. There are                                                                                 of                                                 in the universe arranged in clusters and                                                                                

 

II. Galaxy                                                              

A.                                            galaxies (S):                                   and thin                               , with                                                             and                                                                     

1. Look                                      if face on but flat if                                       on

2. Also known as                                 galaxies

B.                                                            galaxies (E):                                          or football-shaped from any                                           

1. Further classified by how elliptical or                                               

a. E0: near                                                to E7: very elliptical

C.                                                            galaxies (Irr):                                                  spiral or elliptical,                    defined                       

D.                              : appear to be a                                          between spiral and elliptical

1. Have a                                       but                                                            

 

III. Two                                      of                                           

A.                                             Spirals (S):                                                  or oval central bulge

B.                                            Spirals (SB): central bulge is                                  shaped

C. Further classified by how                                           the                                             is and how                                                           the                                              are

1. Sa/SBa:                                  center,                                        arms

2. Sc/SBc: dimmer center,                                                 arms

D.                                                                                           : developed by Edwin Hubble (1930s) as a way to                                          galaxy types

1. Ellipticals on                                                 , more elongated as go up (E0 – E7)

2. S0 at                                       

3. Plain and Barred                                           make up the                                           of the fork going up from Sa to Sc

4. This is                                   an                                                                path

 

IV.                                                                            between Spirals and Ellipticals

A. Contain different types of                                  :

1. Mostly                           gas in                                             

2. Mostly                               gas in                                        , also contain a lot of                                    

B. Formation of                                                             :

1.                      star formation in                                        or S0 galaxies, nothing to form from

2.                                                 are forming in                                           galaxies from                               gas and dust

C. Different                                             :

1.                                                                                                      because contains only                               low-mass                                           red stars

a. Not forming any new stars and high-mass stars are already                                       

2.                                                                                                 because always forming                             stars

a. Light from                                                  young O-type blue stars                                                       

 

Which of these is not a characteristic of elliptical galaxies?

A.  Mostly hot gas
B.  Oval shape
C.  New star formation
D.  Mostly red stars

A galaxy that appears to have mostly red stars, likely:

A.  Will have blue stars in the future
B.  Had blue stars but they have evolved and died
C.  Never contained enough gas to have blue stars develop
D.  Has blue stars that are being blocked by dust

 

 

Dark Matter

Section 25.3 & Section 26.3

 

Evidence for Dark Matter:

V. Spiral Galaxy                                                                                 

A.                                                                                    of stars around a galaxy depend on                                                

1. The strength of gravity                                                  on amount of                                   inside their                             and                                                          from that mass

2.                                            mass = star will orbit at a                                               speed

3. More                                                                                          speed

B. Center of galaxy is                                                , so looks like                                                           (stars) in the                                   of the galaxy

C. So, orbital or                                                       speeds should                                                          as you go out from center

D.                        , when                                                                             from center to edge of galaxy this does                                                                     !

1. Plot of orbital speeds versus distance from center called                                                                  

E. Rotation curves are                                        :                                         stay the                           as you go out from center

F. This                                        that                                         luminous matter                                              produce all the                                                               in a galaxy

G. There must be an                                                                         of                                                  that does                                                                                                  

1. Called                                                                                    

 

How do we know that galaxies are mostly dark matter?

A.  Flat rotation curves
B.  We see dark lanes in spiral arms
C.  Most galaxies have supermassive black holes

 

 

VI.                                                                               

A. Mostly                                                           in the                                 parts of a galaxy and beyond in a                                                                                   

B.                                                       dominates                                                          galaxies as well

1. Use                                                  to trace                                       out beyond                                                            

2. Where there is hot gas there must be                                                                               to hold onto it

C. About                                of the                                 of a typical                                                (S & E) is dark matter

D. Two                                                                        of Dark Matter:

1.                                                      :                                                  compact                                      objects

a. Examples:                                                                                                                               

2.                                                   : Weakly                                         massive                                                        

E. Used Gravitational                                         to look for                                               , but don’t see nearly                               

F. Physics                                                        like particle colliders searching for                                 , but                                                                                them

G.                                                          ideas: change theories of particle physics or gravity

 

In a spiral galaxy, the orbital speeds of stars far from the galaxy’s center                       as the distance from the center increases.

A.  Increase
B.  Decrease
C.  Are approximately the same
D. The answer changes depending on the galaxy.

 

Quasars, AGN, and Supermassive Black Holes

Section 27.1 and Section 27.2

 

VII.                                                   

A. Quasar: “                                                                                                source”: looks like a small bright star with radio telescope

B.                                               quasar is                                                           lightyears away

1. This also means quasars have                occurred in                                                          

C.                                                                equals about a                                            to a thousand trillion Suns!

1. Equal to luminosity of entire                                                 

 

What are Quasars?

VIII. AGN:                                                                                           

A. Quasars are                                                                                AGN

B. In general, AGN are                                                                                             centers of spiral galaxies

C. Produce                                                          of                                      from radio to                                                           

D.                               swirls around                                         at high                                                  

1.                                                    to tens of thousands of miles per second

E. Light                                  rapidly (in day or two), so must be                                              (size of solar system)

F. Also produce                                                                                    of material shooting out from galaxy center

 

What is a quasar?

A.  A bright AGN
B.  An elliptical galaxy
C.  A neutron star
D.  A regular star

 

 

IX. What                                                          AGN?

A.                                                             : a central                                                                                      (SMBH) with an                                                                      

1. Unifies                                                                                      of all AGN

B. Supermassive:                                                                         of times the mass of the Sun

C.                                             of material shoot out from the                                       of the SMBH

D. A                                                                (torus) of                                                                       surrounds the accretion disk

E.                                               we see comes from                                                                                    on SMBH from                         

 

X.                                                 

A. Probably exist at the                                            of                                galaxies

1. Including                                                          

B.                                         normal                                       do                          have                                    or an accretion                              around their SMBH

C. So, most galaxies have                                                     for                                          , they are                                 active

1. Material in the                                                      is an AGN’s source of                            

2. Without material to feed AGN,                                                                                          

3. SMBH can only be found by                                                                  effects

 

What happens to active galaxies when their AGNs run out of fuel?

A.  The black holes powering them collapse even further.
B.  They simply become normal galaxies.
C.  They slowly dissipate into clouds of gas and dust.
D.  They eventually pull in material from farther out, starting the AGN process all over again.

 

Tutorial Activity – Galaxies

“Elementary Astronomy Worksheet Handout 21: Milky Way Galaxy, Galaxies” (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting via OER Commons, licensed under CC BY 4.0, https://oercommons.org/courses/elementary-astronomy-worksheets

 

Figure 1: NGC 4150 by NASA, ESA, R.M. Crockett (University of Oxford, U.K.), S. Kaviraj (Imperial College London and University of Oxford, U.K.), J. Silk (University of Oxford), M. Mutchler (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), R. O’Connell (University of Virginia, Charlottesville, USA), and the WFC3 Scientific Oversight Committee, licensed under CC BY 4.0

Figure 2: M101 by ESA/Hubble, licensed under CC BY 4.0

 

1. What type of galaxy is shown in Figure 1? Using the image, list some physical characteristics of the galaxy.

 

 

 

2. What type of galaxy is shown in Figure 2? Using the image, list some physical characteristics of the galaxy.

 

 

 

3. (a) What color are spiral galaxies, typically?

 

(b) What color are elliptical galaxies, typically?

 

 

(c) Explain why they tend to have these colors.

 

 

 

Tutorial Activity – Dark Matter

“Elementary Astronomy Worksheet Handout 24: Dark Matter, Dark Energy” (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting via OER Commons, licensed under CC BY 4.0, https://oercommons.org/courses/elementary-astronomy-worksheets

 

1.  What are some properties of dark matter? In what sense is it “dark”?

 

 

2. Complete the following questions to understand how the strength of gravity affects orbital speed. In Figure 3, four planets are orbiting the Sun. The length of the arrows indicate the relative orbital speeds of the planets.

(a) Plot the relative orbital speeds of planets A, B, C, and D on the graph below.

Figure 3: Types of Rotation Curves (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting, licensed under CC BY 4.0

 

(b)  Now consider the Sun’s gravity on the planets. What two things does the strength of gravity depend on?

 

 

 

(c) About 99% of the mass of the Solar System is in the Sun. The planets have very small masses. So, which of the above things is affecting the strength of gravity on the planets the most?

 

 

(d) The strength of gravity is directly related to the orbital speed of the planets. Explain in your own words why the speed of the planets decreases from A to D.

 

 

 

3. Now let’s apply what we learned to galaxies and dark matter. A rotation curve for a galaxy is a plot of orbital speed of stars versus distance from the center of the galaxy (like what you did for planets in the Solar System above).

(a) Most of the mass of a spiral galaxy is in the central bulge, similar to how most of the mass in the Solar System is in the Sun. On Figure 4 below, make a sketch of how we would EXPECT the orbital speeds change with distance (rotation curve) for a galaxy without dark matter.

(b) On the same plot, sketch how the speeds ACTUALLY change in a galaxy rotation curve that shows evidence for dark matter.

Figure 4: Rotation Curve of Galaxy by Catherine Whiting, licensed under CC BY 4.0

4. Explain in your own words why seeing a different rotation curve than expected is evidence for the existence of dark matter.

 

 

 

 

License

Icon for the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Astronomy of Stars and Galaxies Copyright © by Kaisa Young is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, except where otherwise noted.