cap4 Spir-AstroExtra-2015

Astronomía Extragaláctica
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
Profesor: Sergio A. Cellone
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas
Universidad Nacional de La Plata, Argentina
curso 2015
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
Característica distintiva de las S y S0
Disco estelar notable y extendido
↓
galaxias de disco
Esferoides - discos
(Avila-Reese 2006)
MB . −18
Esferoides - discos
(Avila-Reese 2006)
MB & −18
El disco
Determinación de la inclinación
cos2 (i) =
(1 − )2 − q02
1 − q02
: elipticidad (medida)
q0 = 0.11 → 0.20: achatamiento intrínseco
(Courteau, S. 1997, AJ, 114, 2402)
NGC 7331 (Sb)
Perfil de brillo superficial
Perfil de brillo superficial
banda I
→
µ(r = 0) ' 15 mag arcsec−2
µ(r = 30000 ) ' 25 mag arcsec−2
µcielo ' 19.9 mag arcsec−2
I(r = 0) ' 100 × Icielo
I(r = 30000 ) ' 0.01 × Icielo
Perfil de brillo superficial
banda I
→
µ(r = 0) ' 15 mag arcsec−2
µ(r = 30000 ) ' 25 mag arcsec−2
µcielo ' 19.9 mag arcsec−2
I(r = 0) ' 100 × Icielo
I(r = 30000 ) ' 0.01 × Icielo
Componentes estructurales
Lentes
(Prieto et al. 2001, A&A 367, 405)
Componentes estructurales
Lentes, barras elíptica y planas, anillos
"
Ilens (r ) = I0,lens 1 −
(r ≤ r0,lens ).
r0,lens
s
Ibar (x, y ) = I0,bar
2 #
r
1−
x
abar
2
−
I0,bar
Ibar (r ) =
1+e
Iring (r ) = I0,ring e
− 21
r −α
β
r −r
,
0,ring
σ
2
.
y
bbar
2
,
(1)
Componentes estructurales
Lentes, barras elíptica y planas, anillos
"
Ilens (r ) = I0,lens 1 −
(r ≤ r0,lens ).
r0,lens
s
Ibar (x, y ) = I0,bar
2 #
r
1−
x
abar
2
−
I0,bar
Ibar (r ) =
1+e
Iring (r ) = I0,ring e
− 21
r −α
β
r −r
,
0,ring
σ
2
.
y
bbar
2
,
(1)
Componentes estructurales
Lentes, barras elíptica y planas, anillos
"
Ilens (r ) = I0,lens 1 −
(r ≤ r0,lens ).
r0,lens
s
Ibar (x, y ) = I0,bar
2 #
r
1−
x
abar
2
−
I0,bar
Ibar (r ) =
1+e
Iring (r ) = I0,ring e
− 21
r −α
β
r −r
,
0,ring
σ
2
.
y
bbar
2
,
(1)
El disco
|z|
I(r , z) = I(r ) e− hz
(hz ≈ 0.1 hr )
UGC 7321 (Sd)
(“superdelgada”)
NGC 55 (SBm)
El disco
La ley de Freeman
(Freeman, 1970, ApJ, 160, 811)
µ0 (B) ' 21.7 mag arcsec−2
para 28/36 galaxias S (RC)
¿Astrofísica o efecto de selección?
El disco
La ley de Freeman
(Freeman, 1970, ApJ, 160, 811)
µ0 (B) ' 21.7 mag arcsec−2
para 28/36 galaxias S (RC)
¿Astrofísica o efecto de selección?
El disco
La ley de Freeman
µ0 . 22 mag arcsec−2
⇓
r24 es máximo
El disco
La ley de Freeman
µ0 . 22 mag arcsec−2
⇓
r24 es máximo
Espirales LSB
Malin 1
(Bothun, Impey, Malin, 1987, AJ, 94, 23)
Espirales LSB
Malin 1
(Bothun, Impey, Malin, 1987, AJ, 94, 23)
(Barth, 2007, AJ, 133, 1085)
Espirales LSB
Malin 2
Espirales LSB
El bulbo
Elipsoide; contenido estelar:
• población estelar vieja
• y de alta metalicidad
NGC 3115
S0
M 104
Sa
M 33
Sc
SMC
Im
El bulbo
NGC 5054 (Sb) - NGC 1365 (SBbc)
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
La relación bulbo - disco
a lo largo de la secuencia de Hubble:
B
• decrece la fracción D
• aumenta la s.f.r. (en el disco)
La relación bulbo - disco
a lo largo de la secuencia de Hubble:
B
• decrece la fracción D
• aumenta la s.f.r. (en el disco)
La secuencia de galaxias de disco
Caracterísica
S0 – Sa
Sd – Sm
Brazos espirales
Color – TE
B−V
Estrellas jóvenes
Regiones HII
Gas
M(HI)/L B
LB
I0
M(< R)
Rotación
B/D
@ o apretados
rojo: ? G tardía
0.7 → 0.9
pocas
pocas, pequeñas
poco
. 0.05 → 0.1
(1 → 4)1010 L alto
(0.5 → 3)1011 M dV (R)
alta
R
alta
abiertos
azul: ? F tardía
0.4 → 0.8
relativ. muchas
muchas, luminosas
mucho
∼ 0.25 →> 1
(< 0.1 → 2)1010 L bajo
(< 0.2 → 1)1011 M dV (R)
baja
R
baja
(Kennicutt 1992)
Espectros ópticos
galaxia S0
(Kennicutt 1992)
Espectros ópticos
galaxia Sa
(Kennicutt 1992)
Espectros ópticos
galaxia Sb
(Kennicutt 1992)
Espectros ópticos
galaxia Sc
(Kennicutt 1992)
Espectros ópticos
galaxia Sm
(Cappellari et al. 2011, MNRAS, 416, 1680)
Clasificación cinemática
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
(del Río & Cepa, 2003, A&A, 400, 421)
Distribución de poblaciones estelares
U
V
I
B
R
B−I
NGC 157
(SABbc)
(del Río & Cepa, 2003, A&A, 400, 421)
Distribución de poblaciones estelares
U
V
I
B
R
B−I
NGC 895
(Scd)
Distribución de poblaciones estelares
Región central de M 100 (NGC 4321) en óptico (HST, izq.) en
banda K (2.2 µm) (centro) y en Hα (der.) + contornos K .
Regiones de formación estelar
Observaciones en ultravioleta lejano
ultravioleta
lejano
(UIT)
λ = 1521 Å
óptico
Scd
Sc
Sb
Regiones de formación estelar
Observaciones en ultravioleta lejano
M 94
(Sab)
FUV (UIT) λ = 1521 Å
NUV (HST) λ = 2300 Å
(Waller et al. 2001, AJ, 121,
1395)
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
Regiones de formación estelar
(Knapen et al., 2002, MNRAS, 337, 808)
Emisión Hα
NGC 2903 (SBd)
Regiones de formación estelar
(Knapen et al., 2002, MNRAS, 337, 808)
Emisión Hα
NGC 3982 (SABb)
Regiones de formación estelar
(Knapen et al., 2002, MNRAS, 337, 808)
Emisión Hα
NGC 1300 (SBbc)
Regiones de formación estelar
(Knapen et al., 2002, MNRAS, 337, 808)
Emisión Hα
NGC 4314 (SBa)
Relación Hα - tipo de Hubble
(Kennicutt & Kent 1983, AJ, 88, 1094)
Relación Hα - FIR
(Devereux & Young 1990, ApJ, 350, L25)
Espectros de fuentes térmicas y no térmicas
Síntesis de abertura
Hidrógeno neutro
Distribución espacial
Hidrógeno neutro
NGC 891
Distribución espacial
Hidrógeno neutro
Anillos polares
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
La curva de rotación
Vr (R, i) = Vsis + V (R) sen(i) cos(ψ)
La curva de rotación
Diagrama de araña
4πG ρH (r ) =
VH2
r 2 + σH2
La curva de rotación
Diagrama de araña
4πG ρH (r ) =
VH2
r 2 + σH2
Diagrama de
araña
NGC 7331
La curva de rotación
NGC 7331
V (R) ≈ cte ⇒ V (R)
R es decreciente
⇒ rotación diferencial
La curva de rotación
MOdified Newton
Dynamics
(MOND)
(Bottema et al. 2002, A&A
393, 453)
La relación Tully-Fisher
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
Tipos de espirales
NGC 2903 (Sc)
grand design
Brazos bien definidos
NGC 7793 (Sbc)
flocculent
Varios fragmentos de brazos
Espirales tipo “grumoso” (flocculent)
Formación estelar estocástica autopropagada (SSPSF)
(Gerola & Seiden 1978, ApJ, 223, 129)
(Copyrighted, 1998 – 2006 by Nick Strobel)
Espirales tipo “gran diseño” (grand design)
(Copyrighted, 1998 – 2006 by Nick Strobel)
Espirales tipo “gran diseño” (grand design)
Espirales tipo grand design
cos {m [φ + f (R, t)]} = 1
∂φ ∂f 1
= R
= R
tan i
∂R ∂R i (pitch angle)
Sa: hii ' 5◦
→
Sc: 10 < i < 30◦
Espiral cinemática
La onda espiral
¿Qué es lo que mantiene la onda?
• fuerza interna debida a barra en
rotación
• galaxia compañera
La onda espiral
(Sellwood, J. A. 2011, MNRAS, 410, 1637)
Ondas de densidad
Ondas de densidad
Resonancias de Lindblad
Ondas de densidad
Gas - polvo
Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
1 Distribución de brillo superficial
2 La secuencia de las galaxias de disco
3 Distribución de poblaciones estelares
4 El gas
5 Cinemática - dinámica
6 La estructura espiral
7 Barras
Barras
Barras
Bibliografía del capítulo:
• Galaxies in the Universe: An Introduction,
Linda S. Sparke & John S. Gallagher III (Cambridge
University Press, 2nd. Edition, 2000).
• Galactic Astronomy,
J. Binney & M. Merrifield (Princeton University Press,
1998).