Overview: GalaksiPemandangan langit malam:

bintang-bintang terdistribusi hampir merata di seluruh langitPada malam yang gelap dan cerah dapat kita lihat Milky Way – sebuah pita cahaya yang redup yang dipotong oleh celah gelap yang terentang sepanjang langitPada tahun 1610, Galileo mengarahkan teleskopnya ke arah Milky Way dan menemukan bahwa MW tersusun dari bintang-bintang redup yang “tak terhitung jumlahnya” – jadi MW bukanlah sebuah “celestial fluid” tapi merupakan suatu sistem bintang

Milky Way – yang diamati Galileo

Sejarah Galactic Astronomy

Pertengahan abad 18, Thomas Wright and Immanuel Kant mengajukan hipotesa bahwa Galaxi kita merupakan suatu piringan yang tersusun dari bintang-bintang, termasuk Matahari Kant juga mengajukan teori bahwa Galaxi kita tidak unik, tetapi kemungkinan ada banyak sistem serupa (“island universes” ) yang terdistribusi di langit pada jarak yang sangat jauhTeori-teori ini tidak didasari oleh bukti fisis, tetapi hanya merupakan spekulasi filosofis!!

Keluarga HerschelPada akhir abad 18 William & Caroline Herschel menggunakan teleskop-teleskop terbesar pada jaman itu untuk mempelajari bentuk Galaksi kita dengan menggunakan teknik yang disebut star-gauging

Herschel – Star Gauging

Menghitung jumlah bintang yang dapat diamati limit-limit magnitudo tampak yang berturutan pada ~700 daerah yang berbeda-beda di langit

Untuk mendapatkan ukuran relatif Galaksi digunakan asumsi: - semua bintang memiliki absolute brightness yang kurang

lebih sama - inverse square law berlaku Menyimpulkan bahwa Matahari terletak di dekat pusat

dari suatu sistem yang pipih, hampir ellips, di mana lebar dalam arah bidang Galaksi 5x lebih besar daripada arah tegak lurus bidang tsb

HerschelHerschel juga membuat sebuah katalog nebula yang ekstensif, yang kemudian oleh anaknya (John Herschel) diperluas hingga mencakup obyek-obyek di belahan selatan langit Meyakini bahwa kebanyakan nebula ini merupakan sistem bintang yang menyerupai Galaksi kitaTapi juga membedakan bahwa beberapa nebula bukan merupakan sistem bintang, tetapi terdiri dari “suatu fluida bercahaya yang sifatnya sama sekali tidak kita ketahui.” (e.g. Orion, planetary nebulae, dsb.)

Earl of RossePertengahan abad 19: William Parsons, Earl of Rosse yang ke-3 menggunakan sebuah teleskop 72-inchi di Irlandia dengan sebuah metal mirror (ukuran tidak tertandingi sampai saat teleskop 100-inchi di Mount Wilson pada tahun 1917 dioperasikan) untuk mempelajari sifat nebula-nebula Herschel

Earl of Rosse

Menemukan bahwa kebanyakan nebula tsb meneunjukkan struktur spiral!Mampu untuk melihat bintang-bintang (atau paling tidak cluster-cluster dari nebula emisi), yang oleh Herschel tidak terlihat terpisahHasil ini mendukung teori “island universe”, dan struktur spiral mengimplikasikan bahwa nebula spiral tsb berotasi dengan sumbu rotasi yang tegak lurus pada bidang

Sejarah Galactic AstronomyPenemuan fotografi astronomis pada akhir abad 19 memungkinkan astronom untuk mengamati obyek-obyek yang jauh lebih redup daripada yang terlihat oleh mata telanjang – memungkinkan studi struktur Galaksi yang kuantitatif Kapteyn mengorganisir sebuah studi mengenai 200 Selected Areas di seluruh langit –kolaborasi internasional dari para astronom menghasilkan plat-plat, star counts, estimasi brightness, dan juga klasifikasi spectroskopik, proper motion, and kecepatan radial

Sejarah Galactic AstronomyKapteyn dan van Rhijn menggunakan data proper motion untuk mengestimasi jarak rata-rata bintang-bintang pada berbagai apparent brightness dan menggunakan data star-count untuk mendapatkan distribusi bintang-bintang dalam ruang (dengan mengasumsikan bahwa apparent brightness berkurang sebagai kebalikan dari kuadrat jarak – i.e., ruang antar bintang transparan/tidak ada absorbsi antar bintang)

Kapteyn

Galaksi merupakan sebuah sistem spheroid yang pipih berukuran sedang, kira-kira 5x lebih panjang pada bidangnya.

Matahari terletak agak di luar bidang Galaksi pada jarak 650 pc dari pusat

Kerapatan bintang menurun secara seragam menjauh dari pusat Galaksi; pada jarak 800 pc dalam bidang Galaksi dan 150 pc pada arah kutub kerapatan turun sampai 50% dari harga di pusat, menjadi 10% pada 2800 pc & 550 pc, dan menjadi 1% at 8500 pc dan 1700 pc

Problem dengan Kapteyn Universe

Mengapa begitu heliocentris??Kapteyn menyadari bahwa jika ada suatu absorbing medium dalam ruang antar bintang, maka cahaya dari bintang-bintang yang jauh akan mengalami peredupan tambahan – jika peredupan ini secara salah ditafsirkan sebagai efek jarak, maka bintang-bintang akan dianggap terletak pada jarak yang terlalu jauhMeskipun mencari dengan teliti, Kapteyn tidak dapat menemukan bukti yang meyakinkan tentang adanya efek absorpsi

Pandangan Shapley tentang Universe

Shapley menggunakan Mount Wilson Observatory untuk mempelajari distribusi globular clusters (terang dan dapat diidentifikasi dengan mudah sehingga dapat diamati pada jarak yang jauh)Menemukan bahwa meskipun globular clusters terdistribusi seragam di atas dan dibawah bidang Galaksi, mereka tidak terdistribusi seragam dalam longitude pada bidang Galaksi, tetapi terkonsentrasi pada arah SagitariusShapley berargumen bahwa sistem-sistem yang masif semacam ini haruslah terdistribusi secara simetris di sekeliling pusat Galaksi

Dengan menggunakan jarak yang diestimasi menggunakan bintang-bintang RR Lyrae dan juga dari ukuran dan kecerlangan cluster-cluster secara keseluruhan, Shapley memperkirakan Matahari terletak 15 kpc dari pusat GalaksiMengestimasi ukuran diameter Galaksi adalah ~100 kpc (10x lebih besar daripada Kapteyn Universe!)Estimasi terbaik sekarang: Matahari terletak 8.5 kpc dari pusat Galaksi, dengan diameter Galaksi 30 kpcEstimasi Shapley’s terlalu besar karena dia juga mengabaikan absorpsi oleh debu

Pandangan Shapley tentang Universe

Pada April 1920, H.D. Curtis dari Lick Observatory and Shapley bertemu di National Academy of Sciences untuk berdebat tentang dua pertanyaan berikut: Ukuran Galaksi kita, dan skala jarak di

dalamnya Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai

implikasinya, apakah mereka merupakan sistem-sistem extragalaktik atau bukan

Harlow Shapley Heber Curtis

Debat Shapley-Curtis

Ukuran Galaksi kita, dan skala jarak di dalamnya Shapley – Galaksi kita besar Curtis – Galaksi kita kecil (pandangan Kapteyn)

Jarak-jarak yang diperoleh Shapley salah karena beberapa bintang yang dia amati adalah bintang-bintang raksasa, bukan katai

Debat Shapley-Curtis

Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai implikasinya, apakah mereka merupakan sistem-sistem extragalaktik atau bukan Shapley yakin spiral-spiral tsb merupakan

bagian dari Galaksi kita Jika spiral-spiral tsb seukuran dengan Galaksi kita

(100 kpc menurut Shapley), maka M31 (Andromeda) akan terletak terlalu jauh sehingga nova-nova di dalamnya akan lebih terang daripada nova-nova di Galaksi kita

Pengukuran-pengukuran proper motion dalam nebula-nebula spiral oleh A. van Maanen menunjukkan bahwa spiral-spiral tsb berotasi dengan kecepatan sudut 0.02 arcsec per tahun. Untuk setiap kecepatan rotasi yang mungkin, spiral-spiral tsb haruslah dekat.

Debat Shapley-Curtis

Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai implikasinya, apakah mereka merupakan sistem-sistem extragalaktik atau bukan

Curtis yakin bahwa nebula-nebula spiral tsb adalah galaksi-galaksi seperti Galaksi kita, yang terletak pada jarak antara 150 kpc (M31) hingga 3000 kpc untuk sistem-sistem yang terjauh.

apparent brightness rata-rata dari nova-nova dalam nebula-nebula spiral tsb dibandingkan dengan nova-nova dalam Galaksi menunjukkan jarak >150 kpc

Pada jarak 150 kpc, M31 akan seukuran dengan Kapteyn universe

Kecepatan radial velocities dari nebula-nebula spiral tsb jauh lebih besar daripada obyek-obyek manapun yang diketahui berada di dalam Galaksi, tidak akan terikat secara dinamik.

Proper motion dari spiral-spiral tsb tidak dapat diukur, pastilah mereka obyek yang jauh

Spiral-spiral yang edge-on menunjukkan pita material pengabsorbsi pada piringannya. Analoginya, Galaksi kita seharusnya memiliki piringan semacam itu yang akan menjelaskan adanya zone of avoidance

Debat Shapley-Curtis

Debat Shapley-Curtis

Diskusi – siapa yang benar ??

Ukuran Galaksi kita, dan skala jarak di dalamnya Pendapat Shapley kebanyakan benar!

Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai implikasinya, apakah mereka merupakan sistem-sistem extragalaktik atau bukan Pendapat Curtis kebanyakan benar – tapi taksiran

jarak ke M31 faktor lima lebih kecil Pengukuran-pengukuran van Maanen tidak benar

Tetapi debat tsb tidak terselesaikan sampai …

Debat Shapley-Curtis

Hubble memecahkan kontroversi tsb…

Pada tahun 1923, Hubble menggunakan teleskop 100-inch Mount Wilson untuk memisahkan piringan-piringan dari dua galaksi spiral yang dekat (M31 and M33) ke dalam bintang-bintang Jika ini diasumsikan sebagai bintang-bintang dengan

luminositas intrinsik serupa dengan bintang-bintang paling terang dalam Galaksi kita, maka M31 dan M33 terletak pada jarak yang sangat jauh dan pastilah extragalactic (tapi ini bisa jadi juga gugus bintang atau daerah-daerah HII)

Akhir 1923, Hubble menemukan Cepheid variables dalam M31 yang menempatkannya pada jarak 300 kpc – jelas di luar bahkan MW menurut Shapley

Dan Trumpler menemukan debu antar bintang …

Trumpler di Lick Observatory mempelajari suatu sample open cluster Mengestimasi jarak menggunakan main

sequence fitting Mengestimasi ukuran dengan mengukur besar

sudutnya ( r = d ), semua open cluster diasumsikan memiliki diameter yang sama

Cluster-cluster yang jauh terlihat lebih besar! Trumpler mempostulatkan bahwa hal ini

disebabkan oleh progressive dimming cahaya –m – M = 5 log(d/10) + kd where k=0.79

mag/kpc

Absorpsi ini menjelaskan discrepancy antara pekerjaan Kapteyn dan Shapley