Kann der Unterschied zwischen einem Stern und einer Galaxie, die Punktquellen sind, erkannt werden?

Um Galaxien von Sternen zu unterscheiden, können Sie das Spektrum verwenden. Grob gesagt haben Sterne ein Schwarzkörper-ähnliches Spektrum mit Merkmalen, die von der Absorption und Emission auf der Sichtlinie und in der Chromosphäre des Sterns abhängen.

Galaxien hingegen haben ein Spektrum, das sich aus Tonnen von Sternen zusammensetzt. Das Spektrum wird zum Beispiel aufgrund der Diversität in den Spektren der Sterne viel breiter sein (von kleineren bis zu größeren Wellenlängen).

Werfen Sie einen Blick auf http://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/spectra_astro_types.html , wenn Sie sich einen schnellen Überblick über die Unterschiede verschaffen möchten.

Ich habe keine genaue Zahl über die Anzahl der Galaxien, die wir als Punktquelle sehen, aber die Antwort variiert stark von einem Instrument zum anderen. Wenn Sie versuchen, eine Galaxie mit Radioteleskopen in der Interferometrie zu beobachten, können Sie viel bessere Skalen auflösen als ein erdgebundenes kleines sichtbares Teleskop usw.

cphyc's beantwortet die Frage hervorragend: Spektroskopie ist die Antwort, obwohl, da – wie unten erklärt – Galaxien keine Punktquellen sind, auch die Morphologie von Sternen und Galaxien unterschiedlich ist: sogar elliptische Galaxien, die entlang einer ihrer Achsen beobachtet werden, sehen anders aus als Sterne. Obwohl beide rund sind, ist der radiale Lichtabfall unterschiedlich; Das Licht von Sternen nimmt ungefähr als Normalverteilung vom Zentrum nach außen ab (mit einem zusätzlichen Profil, das vom Instrument abhängt), während das Oberflächenhelligkeitsprofil von Galaxien auf etwas kompliziertere Weise abnimmt (z. B. ein Sérsic-Profil ).

Wrt. der Bruchteil der Galaxien, die Punktquellen sind, ist die Antwort praktisch keine. Galaxien lassen sich fast immer auflösen, allerdings, wie cphyc auch richtig sagt, nicht mit jedem Instrument. Radio- und Gammastrahlenteleskope haben eine sehr schlechte Auflösung, und bei diesen Wellenlängen können die Quellen normalerweise nicht aufgelöst werden, es sei denn, sie befinden sich relativ nahe. Aber bei optischen Wellenlängen sowie UV und IR können Teleskope wie das Hubble-Weltraumteleskop und sogar gute bodengestützte Teleskope ~ alle Galaxien auflösen, es sei denn, sie sind so klein, dass sie sowieso zu dunkel sind, um gesehen zu werden.

Der Grund ist eine ziemlich eigentümliche Eigenschaft des expandierenden Universums: Eine Galaxie wird kleiner und kleiner aussehen, je weiter sie entfernt ist (wie vom Alltag erwartet), aber nur bis zu einer bestimmten Entfernung, danach erscheinen sie immer größer. Warum ist das so? Da sich Licht mit endlicher Geschwindigkeit bewegt, beobachten wir Galaxien so, wie sie in der Vergangenheit waren – je weiter entfernt, desto länger her. Und da in einem expandierenden Universum „vor langer Zeit“ auch näher bedeutet, ist der Winkel, den eine Galaxie am Himmel aufspannt, der Winkel, den sie aufspannte, als sie das Licht aussendete, nicht der Winkel, den sie heute aufspannt . Das heißt, sehr weit entfernte Galaxien strahlten das Licht aus, das wir heute sehen, als sie so nahe waren, dass sie einen großen Winkel überspannten.

Die genaue Beziehung zwischen Entfernung und Raumwinkel einer Galaxie hängt von der Kosmologie ab (dh von den Werten der Dichteparameter, der Hubble-Konstante usw.). Für die neuesten Planck-Messungen (2015) überspannt eine Galaxie mit einem Durchmesser von 1 kpc (~3000 Lichtjahre) – die als kleine Galaxie gelten würde – einen Winkel, der durch diese Zahl gegeben ist:

Sie werden sehen, dass Galaxien immer kleiner aussehen, je weiter sie entfernt sind, bis zu einer Entfernung von ungefähr 15 Milliarden Lichtjahren, danach sehen sie wieder größer aus. Die am weitesten entfernte beobachtete Galaxie, GN-z11 , ist so weit entfernt, dass ihr Licht weniger als eine halbe Milliarde Jahre nach dem Urknall emittiert wurde. Mit einem Radius von$0.6\pm0.3\,\mathrm{kpc}$( Oesch et al. 2016 ) umfasst es immer noch 0,15 Bogensekunden, was durch HST auflösbar ist.

Leider erschwert dieser Effekt auch die Erkennung entfernter Galaxien. Eine Galaxie emittiert nur so viel Licht, dass sie, wenn sie ihr Licht beispielsweise über den doppelten Winkeldurchmesser verteilt, viermal weniger hell wird.

Das Problem bei der Beobachtung sehr entfernter Galaxien besteht also nicht darin, dass sie klein sind, sondern darin, dass sie schwach sind .

Es wurden bereits gute Antworten gegeben, aber ich wollte eine andere Sichtweise bieten. Schauen Sie sich das Bild unten an, das das Hubble Extreme Deep Field (XDF) ist.$-$für diejenigen, die es nicht wissen, dies ist ein kleiner Fleck am Himmel, auf den Hubble in 10 Jahren insgesamt 23 Tage lang gestarrt hat$-$und Sie werden etwas Interessantes bemerken. Es ist klar zu sehen, dass viele der größeren Objekte Galaxien sind, aber Sie werden eine große Anzahl kleinerer Lichtpunkte (fast 5.500 davon) sehen, die Galaxien sind, die so weit entfernt sind, dass Hubble ihre Ausdehnung und Größe kaum auflösen kann. Betrachten Sie nun das helle Objekt im unteren rechten Quadranten. Sie sollten sehen, dass es blaue und rote Spitzen hat, die als Beugungsspitzen bezeichnet werden . Dieses Objekt ist eindeutig ein Stern, was Sie hauptsächlich an den Beugungsspitzen erkennen können. Sie sehen diese Beugungsspitzen nicht auf den Galaxien, nicht einmal auf den Galaxien, die winzige Nadelspitzen sind. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, visuell zwischen einem Stern und einer Galaxie zu unterscheiden, wenn Sie sie durch ein Teleskop betrachten, wo solche Beugungsspitzen zu erwarten sind.

Dies impliziert, dass Sterne und Galaxien visuell unterschiedlich aussehen, auch wenn sie beide winzige Punkte auf dem Bild sind. Es wird auch Unterschiede in der Art und Weise geben, wie sie auf weniger wahrnehmbare Weise aussehen. Dieses Konzept wird von einem von Astronomen weit verbreiteten Programm, SExtractor , genutzt, das entwickelt wurde, um ein Bild des Himmels zu erhalten und zwischen Sternen und Galaxien unterscheiden zu können. Es verwendet diese kleinen Unterschiede zwischen der Art und Weise, wie Galaxien und Sterne in Bildern erscheinen, um herauszufinden, was was ist. Wenn Sie detailliertere Informationen darüber wünschen, wie dieses Programm zwischen Sternen und Galaxien unterscheidet, werfen Sie einen Blick auf das veröffentlichte Papier .