Práctica: Ley de Hubble

Práctica: Ley de Hubble
Cosmología – Curso 2005-2006
Objetivos
Con la realización de esta práctica se pretenden cubrir los siguientes objetivos:
•
•
•
•
Introducción al reconocimiento morfológico y espectral de galaxias.
Introducirnos en la técnica de medidas de redshifts de galaxias a
partir de sus espectros.
Realizar estimaciones de las distancia de galaxias usando los
métodos de Tully-Fischer y Tamaño Universal
Estimar la constante de Hubble a partir de las distancias y redshifts
calculados y evaluación del resultado y método.
Para cubrir los objetivos mencionados se utilizarán datos reales de galaxias,
que han sido obtenidos con espectrógrafos de rendija larga colocados en
telescopios de clase 2-4m.
Realización
1. Seleccionar al menos entre 15 y 20 galaxias del Apéndice 1. Inspecciona
cuidadosamente sus imágenes y espectros (Apéndice 2) e intenta realizar una
clasificación morfológica de las galaxias seleccionadas (indica si es elíptica,
espiral o irregular más o menos tardía; y la presencia de barra o anillo).
Justifica tu clasificación indicando las mayores causas de incertidumbre (si las
hay) en cada caso (p.e. debilidad de la galaxia, inclinación alta, resolución
espacial, etc). Utiliza para ello la información de los Apéndices 3 y 4.
2. Observa los espectros de las galaxias seleccionadas en el punto anterior. Trata
de identificar en ellos algunas (al menos tres) de las principales líneas de
emisión y de absorción. Construye una tabla que contenga las longitudes de
onda observadas para cada una de las líneas identificadas. A partir de ellas
obtener una estimación del redshift (z) y de la velocidad de recesión de cada
galaxia y de sus correspondientes incertidumbres. Usar para este apartado la
información contenida en los Apéndices 2 y 4.
3. ¿Encuentras alguna correlación entre el tipo morfológico de las galaxias, su
color U-B y las características de su espectro?
4. Calcula la distancia de cada galaxia usando dos métodos distintos:
I. Tamaño
Universal.
Supongamos
que
todas
las
galaxias,
independientemente de su tipo morfológico, tienen un mismo tamaño
físico, siendo su radio igual a 22 kpc. A partir del tamaño angular
observado de cada galaxia, calcular su distancia.
II. Tully-Fischer. Emplear la relación obtenida por Verheijen (2001, ApJ,
563, 694) para galaxias del cúmulo de la Osa Mayor:
MB=(1.3±0.8)-(8.5±0.4) x log (2 Vmax),
1
donde MB es la magnitud absoluta integrada de la galaxia en la banda B,
y Vmax es la máxima velocidad de rotación observada de la galaxia, para
calcular la distancia de las galaxias.
Compara y comenta los resultados obtenidos con cada método.
5. Representar gráficamente la velocidad de recesión de cada galaxia en función
de las distancias (en Mpc) calculadas por los dos métodos anteriores. ¿Qué
valor obtienes para la constante de Hubble en cada caso? Cuantifica el error de
tu estimación y comenta la validez del método empleado y de tu resultado.
6. ¿Cuál es la edad del Universo que implica el valor de Ho obtenido?
7.
Explica cómo podrías mejorar la estimación de Ho y qué tipo de datos
necesitarías.
Índice de Apéndices:
Pág.
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Apéndice 1, Listado y parámetros de las galaxias de la práctica ……….……………….3
Apéndice 2, Imágenes y espectros integrados de las galaxias………………………………4
Apéndice 3, Ejemplos de espectros integrados de galaxias para distintos tipos
morfológicos…………………………………………………………………………………………………………….59
Apéndice 4, Listado de principales líneas de emisión y absorción……………….…….60
Apéndice 5, Bibliografía y referencias………………………………………………………………….61
2
Apéndice 1 – Lista de nombres, coordenadas y algunos parámetros de las
galaxias de la práctica. Las columnas de la tabla son:
•
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•
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Columna 1: Nombre de la galaxia (se da uno de sus nombres de identificación).
Columnas 2 y 3: Coordenadas ecuatoriales de la galaxia (ascensión recta, RA, y
declinación, DEC) para equinoccio J2000
Columna 4: Logaritmo decimal de la longitud del eje mayor proyectado de la
galaxia para un nivel isofotal de 25 mag /arcsec2 en la banda B para diámetros
expresados en 0.1 arcmin.
Columnas 5 y 6: Magnitud aparente integrada de la galaxia en la banda B y su
respectivo error.
Columna 7: Color U-B, i.e. mU-mB
Columna 8: Color B-V, i.e. mB-mV
Columna 9: Velocidad máxima de rotación observada, no corregida de la
inclinación de la galaxia.
Columna 10: Inclinación de la galaxia
Nombre
NGC1357
NGC1832
NGC2276
Z119046
Z119057
NGC2903
NGC3147
NGC3227
NGC3245
NGC3303
NGC3310
NGC3627
NGC3690
NGC3921
VCC0047
VCC0134
VCC0142
VCC0228
VCC0973
VCC0980
VCC1018
VCC1593
NGC4631
NGC5548
NGC6764
NGC7714
NGC7469
RA (J2000) DEC (J2000) log d 25
(hh mm ss.s) (dd mm ss)
03 33 17.1
-13 39 51
1.516
05 12 03.4
-15 41 11
1.394
07 27 11.8
+85 45 19
1.408
08 19 01.9
+21 11 09
1.110
08 19 48.3
+22 01 53
1.242
09 32 10.1
+21 30 04
2.053
10 16 53.6
+73 24 02
1.614
10 23 30.6
+19 51 54
1.61
10 27 18.4
+28 30 27
1.518
10 37 00.1
+18 08 10
1.107
10 38 45.8
+53 30 12
1.354
11 20 14.9
+12 59 30
1.947
11 28 33.1
+58 33 54
1.32
11 51 06.7
+55 04 38
1.322
12 12 11.8
+13 14 47
1.088
12 15 05.4
+13 35 41
0.897
12 15 13.2
+13 11 04
0.849
12 17 16.6
+12 47 43
0.668
12 27 08.8
+16 19 32
1.067
12 27 11.4
+15 53 49
1.049
12 27 33.0
+06 14 00
0.827
12 34 55.9
+15 33 56
0.609
12 42 07.7
+32 32 34
2.115
14 17 59.3
+25 08 14
1.135
19 08 16.5
+50 55 59
1.374
23 36 14.3
+02 09 15
1.289
23 03 15.4
+08 52 29
1.139
mB
∆mB
U-B
B-V
12.411
11.645
11.975
14.173
13.297
9.536
11.255
11.528
11.668
14.316
11.241
9.722
11.622
13.155
14.391
14.618
14.725
15.096
14.834
14.388
14.985
15.299
9.45
13.286
12.807
12.987
12.898
0.084
0.515
0.068
0.139
0.178
0.101
0.147
0.365
0.054
0.348
0.122
0.186
0.296
0.087
0.108
0.166
0.237
0.417
0.422
0.215
0.308
0.156
0.234
0.148
0.149
0.139
0.088
0.25
-0.01
-0.09
-0.08
0.27
0.06
0.27
0.47
0.87
0.63
0.52
0.58
0.81
0.67
0.82
0.82
0.91
-0.43
0.2
0.35
0.73
0.25
0.21
0.68
0.84
-0.15
0.07
-0.45
-0.4
0.56
0.7
0.71
0.52
0.615
Datos obtenidos de la base de datos Hyperleda (http://leda.univ-lyon1.fr/)
3
V max
i
(km/s) (grados)
158.73 41.57
131.44 64.09
55.11
36.03
99.22
38.22
186.99 67.28
172.31
56
170.18
29.5
146.64 65.06
63.22
154.81 47.79
89.01 31.2
159.93
57.3
49.35
132.95 61.39
113.9
58.72
129.01 40.61
78.05
35.61
99.15
47.88
163.74
71.6
56.4
57.23
73.31
41.42
128.49
0
131.58
85
117.72 40.67
125.15 62.22
84.86 51.99
169.75 36.49
Apéndice 2 – Imágenes y espectros integrados de las galaxias.
En las páginas siguientes aparecen para cada galaxia:
1. Imágenes en la banda R de las galaxias de la tabla del Apéndice 1. El campo de
visión de cada imagen está indicado en la esquina superior derecha. En todas ellas
el Norte está a arriba y el Este a la izquierda. Las imágenes aparecen en escala de
grises, siendo las zonas más oscuras las más brillantes.
En los casos en que aparece más de una galaxia en la imagen, la de interés es la
del centro.
2. Espectro integrado de la galaxia en el rango visible del espectro electromagnético.
Se muestra un gráfico que contiene todo el rango espectral observado (desde
aproximadamente 3800 Å a ˜7000 Å), y tres gráficos que muestran en una escala
mayor, ciertos rangos de interés del espectro integrado que facilitarán la
identificación de líneas espectrales.
NOTAS:
•
Las imágenes pueden tambien obtenerse directamente del archivo de la ESO
(European Southern Observatory):
http://archive.eso.org/dss/dss
•
Los espectros integrados de las galaxias proceden de dos trabajos publicados:
o
o
Kennicutt, R.C., 1992, ApJS, 79, 255
Gavazzi, G., Zaccardo, A., Sanvito, G., Boselli, A., Bonfanti, C., 2004, A&A,
417, 499
Estos artículos citados pueden obtenerse en la URL del servicio de resúmenes de
la NASA:
http://adsabs.harvard.edu/abstract_service.html
Los espectros están disponibles en la base de datos de catálogos astronómicos
VizieR:
http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/Cat?VII/141
(para datos de Kennicutt)
http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/Cat?J/A%2bA/417/499 (para datos de Gavazzi et al.)
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Apéndice 3 – Ejemplo de espectros integrados de galaxias para distintos
tipos morfológicos (indicados en cada figura). Cada espectro es el resultado de promediar
un cierto número (indicado entre paréntesis) de espectros de galaxias individuales.
Gráfica 3. de Gavazzi, G., Bonfanti, C., Sanvito, G., Boselli, A., Scodeggio, M.,
ApJ, 576, 135
59
2001,
Apéndice 4 – Principales líneas de emisión y absorción de los espectros de
las galaxias:
Línea
λ (Å )
[OII]
Ca II K
Ca II H
Hδ
Ca II G-band
Hγ
Hβ
[OIII]
[OIII]
Mg I b (blended)
Na D (blended)
[NII]
Hα
[NII]
[SII]
[SII]
3727/3729
3933.6
3968.5
4101.7
4304
4340.5
4861.3
4958.9
5006.8
5175.4
5892.5
6548.1
6562.8
6583.4
6717.0
6731.3
absorción/emisión
emisión
absorción
absorción
emisión o absorción
absorción
emisión o absorción
emisión
emisión
emisión
absorción
absorción
emisión
emisión
emisión
emisión
emisión
Ejemplo de espectro de una galaxia espiral, donde algunas de las principales líneas de
emisión y absorción han sido identificadas. Nota que no todas las líneas de absorción o
emisión estarán presentes en un espectro concreto, pues la prominencia de unas con
respecto a otras depende de ha historia de formación estelar de las galaxias.
60
Los siguientes espectros son ampliación de ciertos rangos espectrales del espectro de
NGC 4750 mostrado arriba.
Bibliografía:
•
Libros:
o The Cosmological distance ladder, M. Rowan-Robinson, 1992
o Galaxias in the Universe, L. Sparke and J.S. Gallagher, 2000
o Astrophysical Fluid Dynamics, E. Battaner, 1996
•
Bases
o
o
o
•
Artículos:
o Gavazzi, G., Bonfanti, C., Sanvito, G., Boselli, A., Scodeggio, M.,
2001, ApJ, 576, 135
o Kennicutt, R.C., 1992, ApJS, 79, 255
o Gavazzi, G., Zaccardo, A., Sanvito, G., Boselli, A., Bonfanti, C.,
2004, A&A, 417, 499
o Verheijen, M., 2001, ApJ, 563, 694
de datos
Hyperleda (http://leda.univ-lyon1.fr/)
ESO Digitalizad Sky Survey (http://archive.eso.org/dss/dss)
Simbad astronomical database (http://simbad.u-strasbg.fr/)
Todos ellos pueden obtenerse desde el servicio de resúmenes de la NASA:
http://cdsads.u-strasbg.fr/abstract_service.html
61