Kinematika dan Dinamika Bintangdi Galaksi

M. Ikbal Arifyanto14 Juli 2006Pelatihan IAO 2006di Observatorium Bosscha ITB, Lembang

Populasi Bintang di Galaksi Bima Sakti

Schematic (edge-on) view of the major components Source: Roland Buser http://www.astro.unibas.ch/forschung/rb/structure.shtml)

The disk and halo structure perpendicular to the Galactic plane near the solar neighborhood

Gerak Bintang di Galaksi

Bintang2 di Galaksi merupakan anggota dari komponen galaksi yang berbeda2, perbedaannya tidak hanya dlm distribusi ruang saja, tetapi juga kinematikanya.Gerak yang mendominasi bintang2 dan gas di piringan galaksi adalah rotasi terhadap pusat galaksi dg orbit berbentuk lingkaran.Bintang2 di piringan tebal (thick disk) berotasi lebih lambat daripada yang berada di piringan tipis (thin disk). Gerak acak (random motion) bintang tersebut lebih besar.Rotasi bintang2 di halo tidak seperti yang ada di piringan, gerak acak mereka lebih besar dan orbitnya berbentuk elips.

Pertanyaan :

Bagaimana kita tahu tentang gerak bintang di galaksi ?Bagaimana menentukan kecepatan rotasi di piringan ?Bagaimana kita menjelaskan gerak bintang2 pada komponen galaksi yang berbeda2 ?

Kerangka Acuan

Untuk mempelajari dinamika galaksi, kerangka acuan dasar pada galaksi sangat diperlukan. Kecepatan bintang pada kerangka acuan ini sering diberikan dalam koordinat silinder () atau (VR, V, VZ)

: sepanjang arah radial pd bidang galaksi, positif ke arah luar (anti-center), l=180, b=0

W: arah tangential pd bidang galaksi,positif ke arah rotasi galaksi, l=90, b=0

Z: arah tegaklurus bidang galaksi, positif ke arah utara, b=90

Local Standard of Rest (LSR)

Kita definisikan sebuah kerangka acuan pd bidang galaksi yg bergerak dalam orbit lingkaran mengelilingi pusat galaksi sebagai standar diam lokal (LSR)LSR adalah kerangka acuan lokal yg terletak di daerah sekitar matahari yg bergerak dlm orbit lingkaranSebuah bintang yg bergerak dlm orbit lingkaran pd bidang galaksi akan tetap pada geraknya karena :

Galaksi berbentuk simetri sumbu, =(R,Z) Simetri thd bidang galaksi Dalam keadaan “steady state”

Pada bidang galaksi (Z=0), gaya yg mempengaruhi bintang adalah gaya dalam arah radial,

Local Standard of Rest (LSR)

Daerah sekitar matahari (Solar Neighborhood, SN) didefinisikan sebagai ruang bola yg berukuran kecil (thd galaksi) yg berpusat di matahari dan terdiri dari sample suatu tipe bintang

Disk : SN adalah sebuah bola dg radius 50-100 pc (1% dari piringan galaksi)

Halo : radius ~ 1 kpc (1% dari halo)

R

zz

RR

F

zRzRF

)(

),(),( 00

Rotasi Galaksi

Piringan galaksi tidak berotasi seperti benda tegarBintang yg lebih dekat ke pusat galaksi berotasi dg lebih cepat(R) tidak konstanDikenal dg rotasi diferensialKecepatan rotasi :

Exponential disk (full line) Spherical (dashed) Point mass (dotted)

Untuk distribusi massa spherical

R)R(GM

Vc 2

Rotasi Galaksi

Kec. Radial dan tangential

Kita peroleh

lcosRrcosR

lsinRsinR

lcosVcosVV

lsinVsinVV

t

r

0

0

0

0

rlcosRV

lsinRV

t

r

00

00

Gerak Matahari

Bintang-bintang di bidang galaksi tidak bergerak secara murni dalam bentuk orbit lingkaran, begitu pula matahari kitaGerak matahari terhadap kerangka acuan lokal (LSR) disebut Gerak Matahari (Solar Motion)LSR hanyalah sebuah kerangka acuan ideal (tidak ada bintang yang bergerak sesuai dengan gerak LSR). Dalam prakteknya gerak Matahari didefinisikan sebagai gerak matahari terhadap bintang-bintang yg sama kelas spektrumnya, eg. gK, dM, F, G dllUntuk memperoleh gerak matahari, diperlukan data gerak diri dan atau kecepatan radial.

Jika V adalah kecepatan bintang terhadap LSR, dan VSun adalah kecapatan matahari thd LSR, maka <V>=Vi =0, sesuai dg definisi kerangka acuan.Untuk kecepatan radial, <Vrad>=-Vsun cos kecepatan radial terbesar jika diamati pada arah =180o (menjauh) dan pada arah =0o (mendekat)Untuk kecepatan tangential, <Vtan>=-Vsun sin kecepatan tangential terbesar jika diamati pada arah =90o dan pada arah =270o, dan terkecil pada arah apex dan antapex.

Dehnen & Biney (1998) menggunakan sample bintang2 dekat matahari dari pengukuran satelit Hipparcos utk menentukan gerak matahari, diperoleh

Usun=10 +/- 0.4 km/sVsun=5.2 +/- 0.6 km/sWsun=7.2 +/- 0.4 km/s