Tutorial 3 “Cúmulos Estelares”

Tutorial 3
“Cúmulos Estelares”
Proyecto Ventana Interactiva al Universo
c
Departamento de Ingenierı́a Eléctrica, Universidad de Chile
Primavera 2005
Resumen
En este tutorial se pretende medir algunas de las propiedades de los cúmulos estelares como
lo son su tamaño, su distancia a nosotros, etc. Se espera que antes de desarrolar este tutorial
se tenga a mano (y en lo posible haber revisado) el apunte de Herramientas Astronómicas,
pues este último es fundamental en las actividades que se presentan. Una vez que dispongamos
de imágenes en distintos filtros necesitaremos tener una idea básica de lo que es un diagrama
HR.
1.
¿Qué es un cúmulo estelar?
Como su nombre lo indica, los cúmulos son grandes agrupaciones de estrellas, que pueden
ir desde un centenar de estrellas hasta miles de ellos, llegando inclusive al millón.
Los cúmulos se clasifican en 2 grupos, los cúmulos abiertos y los cúmulos globulares. Esta
clasificación está basada en su morfologı́a, es decir, por su forma.
Los cúmulos abiertos son agrupaciones amorfas, esto es, sin forma definida. Se encuentran
del orden de unos centenares a miles de estrellas jóvenes en ellos. Estas estrellas son de gran
masa, por lo que son muy azules. En estos cúmulos se observa la presencia de un poco de gas
y polvo. Su tamaño tı́pico es de 10 parsecs (unos 30 años luz).
Los cúmulos globulares por su parte son agrupaciones compactas de forma esférica, esto es,
como pelotas de futbol, que agrupa miles hasta un millón de estrellas. Su tamaño tı́pico es
de unos 100 años luz. Sus estrellas son bastante viejas, de hecho, llegan a ser anteriores a la
formación de la propia Vı́a Láctea.
La naturaleza de ambos tipos de cúmulos es distinta, y es lo que intentaremos descubrir
en este tutorial.
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1.1.
Sobre diagramas HR.
En un cúmulo globular el diagrama HR juega un papel fundamental a la hora de dar la edad
del cúmulo. Como buena parte de las estrellas en estos tipos de cúmulos son de baja masa,
aún están quemando hidrógeno en sus núcleos, por lo que siguen en la secuencia principal. Sin
embargo, sus estrellas más masivas ya dejaron esta secuencia para evolucionar hacia la parte
superior derecha del diagrama, donde se encuentran la rama de las gigantes rojas. El punto
donde se juntan la secuencia principal y las gigantes rojas se denomina punto de giro o turn
off point en inglés. Este punto es de gran relevancia a la hora de determinar la edad de un
cúmulo (como ya se verá en una de las actividades una vez que se dispongan datos en los
filtros B y V ).
2.
Imágenes y análisis de datos.
Se cuenta con 4 imágenes de 4 cúmulos distintos. Estos son NGCXXXX, NGCXXXX, MX
y MX, donde NGCXXXX, MX son abiertos mientras que NGCXXXX y MX son globulares. Los
datos fueron tomados el dia de mes del 2005. Algunos datos de cada cúmulo se pueden ver
en la tabla 1.
Nombre
Tipo
NGCXXX
NGCXXX
MX
MX
abierto
globular
Magnitud aparente
filtro B (mB )
Magnitud aparente
filtro V (mV )
Tabla 1.
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Magnitud absoluta
filtro V (MV )
Distancia
(en pc)
2.1.
Actividades.
En esta sección calcularemos el tamaño fı́sico de cada cúmulo. Para esto usaremos ecuaciones del tutorial ”Herramientas Astronómicas”.
2.1.1.
Primera Parte: Cúmulos Abiertos.
Despliega las 2 imágenes de cúmulos abiertos en el DS9 (la de NGCXXXX y la de
NGCXXXX respectivamente). Para esto debes seleccionar Frame y luego new. Ası́ abrirás
2 ”frames”para desplegar ambas imágenes. Luego selecciona tile para mostrar ambos
frames a la vez. Para abrir las imágenes ve a File y luego open, puedes cambiar de
frame seleccionando en Frame, prev y next.
¿? Describe cualitativamente cada cúmulo, ¿son parecidos?, ¿en que sentido lo son?, ¿en
cuáles no?
¿? Calcula la distancia a cada cúmulo (con su error asociado) con las magnitudes dadas en
la tabla 1 y con la ecuación del módulo de distancia de la sección (1.2) de Herramientas
Astronómicas.
¿? Para estudiar cada cúmulo selecciona la zona que esté más densa de estrellas. ¿Tiene
alguna forma particular?, ¿podrás encerrar esta zona con alguna forma geométrica (como
un cı́rculo, triángulo, rectángulo, etc)?
Ahora debes medir el ancho del cúmulo en la imágen. Esto depende de que forma le
asignaste a la zona de mayor densidad estelar. Si la zona tiene forma de cı́rculo, debes
medir entonces un diámetro, si tiene forma rectangular, deberás medir sus lados. Para
esto selecciona Region, more... y ruler. Ahora, según la forma que tenga el cúmulo
coloca el mouse en un extremo del cúmulo y, manteniedo apretado el botón izquierdo,
llévalo al otro extremo.
Lo que va a medir esta ’regla’ es la distancia entre estos dos puntos en pixeles. Para
pasar de pixeles a arcsec usa
D [arcsec] = 0,56 · D [pixeles]
(1)
¿? Usando paralaje trigonométrico de la sección (1.2) de Herramientas Astronómicas
(ecuación (7)) encuentra cuánto mide el ancho del cúmulo.
Hint: En la figura 1 de Herramientas Astronómicas, d es la distancia en pc ya calculada
al cúmulo, a serı́a la mitad de su ancho (en pc) y α el ancho angular (en radianes) que
mediste en el item anterior (recuerda que el ancho angular que mediste está en arcsec,
por lo que debes pasar de arcsec a radianes).
¿? El ancho tı́pico de un cúmulo abierto es de unos 10 pc. ¿Concuerdan tus resultados
con esto?, ¿cuál es el error porcentual en tu medición respecto a estos 10 pc?
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¿? Hay presencia de polvo y gas en el entorno de estos cúmulos?
¿? Averigue dónde se encuentran las estrellas azules en una galaxia espiral.
¿? Dónde se encuentran los cúmulos abiertos en nuestra galaxia?
2.1.2.
Segunda Parte: Cúmulos Globulares.
Despliega las dos imágenes de cúmulos globulares en el DS9 tal como lo hiciste con los
abiertos.
¿? Describe cualitativamente cada cúmulo. ¿se parecen?, ¿en qué?
¿? En forma análoga a los cúmulos abiertos, define una zona circular tal que encierre
al cúmulo. Luego mide el radio de este cı́rculo en pixeles en el DS9 y luego expresa tus
resultados en arcsec. Finalmente expresa el diámetro en pc.
¿? Concuerdan tus resultados si es que el tamaño tı́pico de un cúmulo globular es de
unos 30 pc?
¿? Dónde se encuentran los cúmulos globulares en nuestra galaxia?
¿? Supongamos que todas las estrellas del cúmulo son como el Sol, ası́ la luminosidad
total del cúmulo serı́a Lcumulo ≈ N · L , donde N es el número total de estrellas en el
cúmulo. Usando la ecuación (17) de Herramientas Astronómicas estime el número N
de estrellas que compone el cúmulo si MN GCXXXX = algo y MM X = algo.
Hint: N viene dado por N = Lcumulo /L .
Finalmente elabore un pequeño artı́culo sobre cada uno de los temas vistos, con las
conclusiones de cada actividad y comentarios personales y/o grupales.
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