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).