Poblaciones Estelares en cúmulos y galaxias

Poblaciones Estelares en
cúmulos y galaxias
Máster en Astrofísica (POPIA)
UCM: Javier Gorgas, Nicolás
Cardiel y Javier Cenarro
UAM: Ángeles Díaz
07/11/2007
Poblaciones Estelares en Cúmulos y
Galaxias
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Temario (UCM)
1. Introducción
2. Evolución estelar
Cúmulos Estelares
3. Cúmulos en la Galaxia
4. Sistemas de cúmulos globulares extragalácticos
Poblaciones Estelares en Galaxias
5.
6.
7.
8.
9.
Poblaciones estelares en galaxias del Grupo Local
Síntesis empírica de poblaciones
Modelos de síntesis evolutiva
Poblaciones estelares en galaxias elípticas
Galaxias a alto corrimiento al rojo
Prácticas
http://www.ucm.es/info/Astrof/POPIA
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Poblaciones Estelares en Cúmulos y Galaxias
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1 - Introducción
1. El concepto de población estelar
2. Antecedentes históricos
a) Walter Baade (1944)
b) Interpretación de las poblaciones de Baade
c) La conferencia del Vaticano
d) Dificultades al modelo simple
3. Representación esquemática de las poblaciones estelares
a) El criterio simple de Baade
b) Clasificación unidimensional
c) Clasificación bidimensional
d) Representación tridimensional (cajas de poblaciones)
4. Poblaciones estelares simples. La edad de una población.
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Poblaciones Estelares en Cúmulos y Galaxias
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1 - Introducción
Baade (1944)
Poblaciones Estelares
El contenido estelar de diferentes galaxias (o subsistemas) puede
ser diferente.
Cinemática
Tipo de estrellas
Situación en la Galaxia
Tipo de variables
POBLACIÓN ESTELAR: Conjunto de estrellas con edades, composiciones
químicas (iniciales) y cinemática similares.
Otros factores en común: fracción de binarias, distancias, distribución
espacial, ORIGEN
Objetivo: Estudiar la historia y evolución galáctica
Esquema original de Baade:
Situación real más compleja:
• Población I (galaxias Irr)
• Las galaxias están compuestas por
diferentes subsistemas con diferentes
localizaciones y cinemática
• Población II (galaxias Es)
(relacionado con la clasificación
diferentes
edades y metalicidades?)
de galaxias)
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Poblaciones Estelares(¿con
en Cúmulos
y Galaxias
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Antecedentes históricos
Baade (1944, ApJ, 100, 137)
Las estrellas del bulbo de M31 (+ M32 y NGC 205) son similares a las estrellas más
brillantes de los cúmulos globulares, y diferentes a las estrellas de la vecindad solar
• Tipo I
(O,B; vecindad solar, cúmulos
abiertos)
• Tipo II
(cúmulos globulares, bulbo de
M31)
Clasificación de Oort (1926)
basada en la cinemática:
• Baja velocidad
• Alta velocidad
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Tipo II
Tipo I
Tipo I
Tipo II
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Antecedentes históricos
Diagramas H-R de cúmulos galácticos (Sandage & Schwarzschild 1952)
Variación en los puntos de giro de la secuencia principal (SP)
Diferencias en edad
Primeras trazas evolutivas (Hoyle & Schwarzschild 1955) (de SP a RG)
Las trazas evolutivas dependen de la COMPOSICIÓN QUÍMICA
Para cúmulos galácticos (ej. M67)
metalicidad solar
Para cúmulos globulares
1/100 de la metalicidad solar
Las gigantes de alta velocidad tienen bandas débiles de CN
De acuerdo con los estudios espectroscópicos de cúmulos globulares
Teoría de la nucleosíntesis (cosmología del estado estacionario)
Se explican las diferencias en metalicidad en relación con la edad
Bases de la EVOLUCIÓN GALÁCTICA (generaciones estelares)
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Antecedentes históricos
Conferencia del Vaticano (“Stellar Populations”, 1958)
PROPIEDADES
POBLACIÓN I
POBLACIÓN II
Diagrama HR
Cúmulos galácticos
Cúmulos globulares
Localización
Disco
Halo
Velocidades
Bajas
Altas
Órbitas
Planas y circulares
Inclinadas y excéntricas
Materia interestelar
Asociada
No asociada
Edad
Joven (y vieja)
Vieja
Metalicidad
Alta
Baja
Clasificación demasiado simplista
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Antecedentes históricos
Conclusiones de la Conferencia del Vaticano
Subenanas; cúmulos globulares; RR Lyrae
con T > 0.4 días
1
Población II del halo
2
V(z) > 30km/s; Variables de largo periodo (T
Población II intermedia < 250 días); estrellas anteriores a M5
3
Núcleo galáctico; GR brillantes; nebulosas
Población II del disco /
planetarias; RR Lyrae con T < 0.4 días;
Población I vieja
estrellas con líneas débiles
4
5
Población I intermedia
Estrellas de tipo A; enanas M; estrellas con
líneas intensas
Población I extrema
Gas; estrellas jóvenes en brazos;
supergigantes; cefeidas; estrellas T Tauri
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Antecedentes históricos
Conclusiones de la Conferencia del Vaticano
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Grebel (2007)
Antecedentes históricos
Poblaciones estelares en la Vía Láctea
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Grebel (2007)
Antecedentes históricos
Dificultades al modelo simple:
Los espectros de M31 y Es gigantes poseen bandas de CN similares
a las de la Población I (no son débiles) (Morgan & Mayall, 1957)
Población I vieja ó
La metalicidad es el parámetro principal
Población II rica en metales
Diferencias en composición química dentro de una misma población
Dispersión en metalicidades (la razón enanas/gigantes es mayor en Es que en
cúmulos globulares o la vecindad solar)
Identificación de estrellas con líneas anormalmente intensas
(super-metal-rich) (Spinrad & Taylor, 1969)
Interpretación conflictiva
No existen, en general, poblaciones estelares simples. Existen
rangos de edad importante (Historia de la formación estelar)
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Representación esquemática de las
poblaciones estelares
• Criterio de Baade: Clasificación unidimensional basada en varios
parámetros (dos puntos)
tipo de galaxias
E’s
S, Irr’s
Pob I
SI
gas y
polvo
bajas
Pob II
NO
Velocidades
estelares
altas
ROJO
AZUL
Color de la estrella
más brillante
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Representación esquemática de las
poblaciones estelares
• Interpretación por evolución estelar: Edad estelar y abundancia química
Metalicidad →
Pob I
Pob II
Edad →
• Enriquecimiento químico
• Rango continuo de metalicidades
• Posibilidad de poblaciones intermedias
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Representación esquemática de las
poblaciones estelares
Estrellas jóvenes pobres en metales
alta
Estrellas viejas ricas en metales
baja
• Clasificación bidimensional: Pueden existir:
metalicidad
E’s
I
II
vieja
joven
edad
SMC
log [Fe/H]
Evolución química: Variación en las historias de la formación estelar
0
SMC: lenta formación estelar (estrellas
jóvenes y de baja metalicidad)
MWG
–1
SMC
–2
10
8
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No puede existir un sistema (único, bien
mezclado) con estrellas viejas y alta Z junto
a estrellas jóvenes y baja Z
log edad (años)
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Representación esquemática de las
poblaciones estelares
• Cajas de poblaciones (Hodge 1989): Hacen falta 3 variables:
Edad, metalicidad y ritmo
de formación estelar
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Evolución galáctica simple
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Representación esquemática de las
poblaciones estelares
• Cajas de poblaciones (Hodge 1989):
La Galaxia
Población I pura
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Población II (cúm. glob.)
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Representación esquemática de las
poblaciones estelares
• Cajas de poblaciones para galaxias enanas (Grebel 1998):
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