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Diapositiva 1

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Title: Diapositiva 1


1
Galaxias (Astronomía Extragaláctica)
Prof. César A. Caretta
Diplomado de Astronomía
Depto. de Astronomía (UGto)
2006
2
Clase 1 Las Galaxias
  • Un poco de Historia
  • De las nebulosas a las Galaxias
  • El Gran Debate
  • E. Hubble y La Naturaleza de las Galaxias
  • Los diferentes tipos de Galaxias
  • el diagrama diapasón de Hubble
  • extensiones a la secuencia de Hubble
  • otras bandas espectro-fotométricas
  • las poblaciones estelares
  • los espectros de las galaxias
  • otras propiedades de los tipos morfológicos

3
  • Primeras observaciones
  • 964 Abd al-Rahman al-Safi Persia notas
    sobre
  • la observación de Andrómeda (Al Bakr)
  • Libro de las Estrellas Fijas
  • 1519 Fernão de Magalhães Océano notas sobre
  • la observación de las Nubes de
    Magallanes

4
  • Primeras observaciones
  • 1576 Thomas Digges Inglaterra quebra la
  • esfera fija de estrellas
  • A Perfit Description of the
    Caelestial Orbes
  • 1610 Galileo Galilei Italia resolve la VL
    en
  • estrellas con su telescopio
  • Sidereus Nuncius and The
    Sideral Messenger

La Via-Láctea (VL)
5
  • Primeras propuestas teórico-filosóficas
  • 1750 Thomas Wright Inglaterra las estrellas
    se quedan
  • en cáscaras (la VL es una de las
    cáscaras)
  • An Original Theory or New
    Hypothesis of the Universe
  • 1755 Immanuel Kant Alemania objetos
    celestes difusos
  • (nebulosos) son universos-isla,
    similares a la VL
  • Allgemeine Naturgeschichte und
    Theorie Des Himmels

6
  • Catálogos de Nebulosas

7
  • Tentativas de descubrir la naturaleza de las
    nebulosas (familia Herschel )
  • F. Wilhelm Herschel
  • Karoline Lucretia Herschel
  • John F. W. Herschel

Mayores telescopios del siglo XVIII
(1,3m) Descubierta de Neptuno (1781) Nebulosas
Planetarias (1784)
  • 1787 primero modelo observacional de la VL
    (William)
  • 1791 dos tipos de nebulosas (i) fluido
    luminouso

  • (ii) sistemas de estrellas
  • 1864 nebulosas espirales evitan la VL (John)

8
  • Tentativas de descubrir la naturaleza de las
    nebulosas (nuevas herramientas)
  • 1797 Pierre S. de Laplace Francia hipótesis
    nebular
  • para la formación del sistema solar
  • Exposition du Systeme du Monde
  • 1826 Fotografia
  • 1832 Thomas Henderson Cape Obs., Africa del
    Sur
  • mide la paralaxe de aCent
  • 1838 Friedrich W. Bessel Alemania anuncia
    la primera
  • medición de una paralaxe estelar
    (61 Cygni)

9
  • Tentativas de descubrir la naturaleza de las
    nebulosas (nuevas herramientas)

Leviathan 1.8 m (72)
M51
  • 1845-1850 William Parsons, el Lord Rosse
    Irlanda primeras nebulosas espirales
  • (M51, M99, M33, M74,
    M101)
  • 1864 William Huggins Inglaterra primera
    observación espectroscópica de nebulosas
  • difusas (NGC6543 3 lines H, N
    and nebulium - OIII)

1868 70 nebulosas 1/3
espectro de líneas de emisión (como la
M42) 2/3 espectro estelar (blanco) (como
la M31)
N6543
10
  • El Gran Debate
  • 1906-1922 Jacobus C. Kapteyn Holanda
    cuentas
  • de estrellas en 206 zonas
    (Modelo de Kapteyn)
  • First Attempt at a theory of the arrangement
    and motion of the sideral system
  • 1912-1917 Vesto M. Slipher Lowell Obs., EUA
  • medió velocidades
    radiales de espirales
  • 1918 Harlow Shapley 1.5m (60), Mt. Wilson
  • Obs. EUA distr. de Cúmulos
    Globulares
  • (Modelo de Shapley)
  • 1916-1923 Adriaan van Maanen
  • Mt. Wilson Obs, EUA
  • reportó la detección de
  • rotación en alta
    velocidad
  • (t ? 105 a) en M33 y M101
  • (no confirmadas después)

1913 4 ( 3 al rojo, M31 al azul) 1914
12 (11 al rojo, M31 al azul) 1925 43 (41 al
rojo, 2 al azul)
11
  • El Gran Debate
  • 1920 el Gran Debate Nac. Academy of Science,
    EUA
  • Plática y articulo (1921) de Harlow Shapley
  • Nebulosas espirales son miembros de la Gran
    Galaxia
  • cúmulos globulares son los elementos
    estructurales de la VL
  • la VL tiene mas bajo brillo superficial que las
    espirales
  • las estrellas de la VL son mas rojas que las de
    espirales
  • (super)nova de 1885 en M31, muy brillante para
    ser extragaláctica
  • rotación de espirales (van Maanen) tendrían
    velocidades
  • súper-lumínicas si fueran extragalácticas

absorción
  • Plática y articulo (1921) de Herbert Curtis
  • Nebulosas espirales son Universos-isla, como la
    VL
  • modelo de Kapteyn las distancias de Shapley
    están sobrestimadas
  • novas en espirales son mas débiles que en la VL
    (M31 100 kpc)
  • nebulosas espirales evitan el plano de la VL (J.
    Herschel)
  • las espirales presentan un rango ancho de
    diámetros angulares
  • (rango ancho de distancias)
  • las espirales tienen velocs. radiales grandes
    (Slipher) escaparían de la VL
  • espirales de lado presentan una banda oscura,
    como el plano de la VL

absorción
12
  • La Naturaleza de las Nebulosas
  • 1912 Henrietta S. Leavitt Harvard College
  • Obs., EUA descubrió la relación
  • periodo-luminosidad para las
  • variables Cefeidas
  • 1925-1929 Edwin Hubble 2.5m (100),
  • Mt. Wilson Obs., EUA
  • medió distancias para
    N6822,
  • M33 y M31 (300 kpc)
    usando Cefeidas
  • 1929 E. Hubble descubrió la Lei de Hubble
    (expansion
  • del Universo) v H0 D
  • 1936 E. Hubble The Realm of Nebulæ

  • (Hubble sequence...)

13
  • El diagrama de diapasón de Hubble

TEMPRANAS ? TARDÍAS
NO CLASIFICADAS
14
  • El diagrama de diapasón de Hubble

Elípticas En n 10e 10 (1-b/a)
No existen elípticas mas achatadas que E7,
probablemente porque hay un limite de estabilidad
para sistemas no suportados por rotación
E6 (M110)
E5 (M59)
E4 (M49)
E1 (M87)
E0 (M89)
E2 (M60)
15
  • El diagrama de diapasón de Hubble
  • Espirales Normales (y Barradas) S(B)a, S(B)b,
    S(B)c
  • a ? brazos espirales mas enrollados y suaves (no
    resueltos en
  • estrellas o regiones HII) bulbo central
    o barra
  • dominante
  • b ? brazos espirales mas abiertos y resueltos
    bulbo o barra
  • mas pequeño
  • c ? brazos espirales muy abiertos, grumosos y
    resueltos en
  • estrellas, cúmulos de estrellas y
    regiones HII bulbo o
  • barra no prominentes
  • Orden de importancia
  • apertura y enrolamiento de los brazos espirales,
  • grado de resolución de los brazos en estrellas,
  • proporción del bulbo o barra en relación al disco

Sa (M96)
Sb (M31)
Sc (M74)
SBa (NGC 4643)
SBb (M95)
SBc (NGC 1365)
16
  • El diagrama de diapasón de Hubble

IrrII (M82)
IrrI (LMC)
IrrII (N5195)
IrrI (SMC)
Irregulares IrrI, IrrII I ? similares a las
Nubes de Magallanes II ? galaxies anormales/
peculiares
17
  • Extensiones a la secuencia de Hubble
  • 1940 Shapley Paraskevopoulos Proc. N. Ac.
    Sc. 26, 31
  • adicionó el tipo S(B)d entre S(B)c
    y Irr I
  • 1951 Spitzer Baade ApJ 113, 413 primera
    referencia a
  • galaxias lenticulares (ya
    observadas por Hubble)
  • con discos pero sin brazos
    espirales
  • 1959 G. de Vaucouleurs Handbuch of Physik 53,
    275
  • introdujo los tipos intermediarios
    e una clasificación fina

S0 (NGC 3115)
SBb(r) (M95)
  • transición entre los tipos S
  • a, ab, b, bc, c
  • extensión de la secuencia para allende Sc
  • cd, d, dm, m, Im y I0
  • transición entre S Ordinarias y Barradas
  • SA, SAB y SB
  • presencia o falta de anillos
  • R, (r), (rs), (sr) y (s)

18
  • Extensiones a la secuencia de Hubble volumen de
    clasificación

19
  • Extensiones a la secuencia de Hubble el tipo T

Barras A ? ordinaria AB ? barra debil B ?
barrada
Anillos s ? brazos espirales empiezan
directamente en el núcleo o barra rs, sr
? anillos intermedios r ? brazos espirales
empiezan en un anillo R ? anillo externo
Banda obscura S0- ? no hay S0 ? cantidad
intermedia S0 ? banda oscura
  • 1974 G. De Vaucouleurs En The Formation and
    Evolution of Galaxies,
  • ed. J.R. Shakeshaft

20
  • Clasificación Morfológica
  • Algunos comentarios sobre la clasificación
    morfológica
  • los tipos morfológicos fueran definidos con base
    en la apariencia de la galaxia en
  • placas fotográficas
  • refierense primariamente a galaxias
    intrínsecamente brillantes, pero hay una gran
  • población de galaxias enanas (normalmente E
    o Irr) van den Bergh, 1960
  • la designación normal para espirales sin barra
    no significa que ellas sean mas
  • comunes que las barradas alrededor de 30
    de las espirales son clasificadas
  • como barradas, pero este numero incluí
    apenas los casos mas extremos
  • (la barra pode no ser identificada en
    galaxias vistas de canto)
  • aunque otros sistemas de clasificación fueran
    propuestos (Yerkes, van den Bergh,
  • de Vaucouleurs, etc), la secuencia de Hubble
    es todavía la mas utilizada, una vez
  • que ella contempla las principales
    características (e, así, acomoda la mayoría de
  • las galaxias brillantes) e se correlaciona
    bien con algunas propiedades astrofísicas
  • importantes, como la razón bulbo/disco, el
    contenido de gas, la formación de
  • estrellas, el espectro, los colores
    integrados, la composición química del MIS, etc

21
  • El Espectro Electromagnético

22
  • Bandas fotométricas filtros y sistemas
    fotométricos

u g r i z sistema SDSS
Fukugita et al. 1996, AJ 111, 1748
UBVRIJHKLM sistema Johnson-Cousins-Glass
Johnson Morgan 1953, ApJ 117, 313 Cousins
1976, MNRAS 81, 25 Glass 1974, MNASSA 33, 53
23
  • Otras bandas fotométricas
  • la clasificación en placas fotográficas
    (generalmente en el azul) pierde ciertas
    componentes
  • de las galaxias que no son brillantes en
    esta banda
  • galaxias con un corrimiento al rojo
    relativamente grande tienen su luz UV vista en el
    azul!
  • en otras bandas, otras propiedades físicas
    dominan la emisión de la galaxia

observando en la banda B V
R I J H
K L M uno ve la banda B
en el z 0.0 0.24 0.48
0.81 1.74 2.66 3.92 6.75
9.67
24
  • Contenido de estrellas las poblaciones estelares

Baade 1940 introdujo la idea de poblaciones
estelares (elípticasbulbos ? discos)
  • Población I
  • discos (particularmente brazos espirales)
  • supergigantes calientes azules
  • acompañadas de gas y polvo
  • Cúmulos Abiertos
  • jóvenes (diagrama CM)
  • abundancia alta de metales
  • Población II
  • bulbos y E
  • gigantes frías rojas
  • libres de gas y polvo
  • Cúmulos Globulares
  • muy viejas (diagrama CM)
  • deficiencia de metales

25
  • Propiedades Espectroscópicas
  • el espectro de galaxias nos prove informaciones
    acerca de las poblaciones estelares que
  • componen la galaxia y acerca de su actividad
    de formation estelar (FE)

Kennicutt 1992, ApJS 79, 255
26
  • Propiedades Espectroscópicas estrellas

O B A F G K M
27
  • Espectro de absorción

espectros de estrellas para comparición
  • población estelar estrellas viejas
  • sin FE reciente
  • muy poco gas frío
  • quebra de Balmer (? lt 4000) la opacidad de
  • la fotosféra aumenta rapidamente abajo deste
    ?
  • (presencia de metales in diferentes grados
    de
  • ionización)
  • lineas de absorción (producidas en la atm. de
  • gigantes rojas) CaII K (?3934),
  • CaII H (?3969), G (?4304), Mgb (?5175),
  • CaFe (?5269), Na D (?5893), etc

28
  • Espectro de emisión

espectros de estrellas para comparición
  • población estelar dominan estrellas OB jóvenes
  • FE contínua (S tempranas decrece c/ el tiempo)
  • muy ricas en gas
  • contínuo UV intenso (indicación de FE)
  • lineas de emisión (produzidas por el gas,
  • fotoionizado por energía originaria de
  • estrellas OB masivas) OII (?3727), Hß
    (?4861),
  • OIII (?4959, ?5007), Ha (?6563),
  • NII (?6548, ?6584), SII (?6717, ?6731), etc

29
  • Los tipos morfológicos
  • Elípticas
  • tienen una apariencia elíptica (se asemejan a
    esferoides o
  • elipsoides de rotación)
  • no presentan trazos sobresalientes en su
    estructura
  • tienen poco o ningún gas, pero una población de
    estrellas
  • relativamente viejas y cúmulos globulares
  • incluyen las galaxias mas luminosas y masivas
    conocidas
  • Lenticulares (o S0)
  • normalmente tienen la forma de una lente
  • tienen dos componentes principales bulbo y
    disco
  • los bulbos son relativamente grandes
  • el disco es bastante delgado, sin brazos
    espirales,
  • y por veces contiene polvo (banda obscura)

30
  • Los tipos morfológicos
  • Espirales
  • tienen una apariencia plana (disco delgado), con
    brazos
  • espirales mas o menos definidos y luminosos,
    surgiendo
  • de las regiones centrales
  • el bulbo central, o componente esferoidal, se
    asemeja a una
  • galaxia elíptica, pero es mas pequeño
  • por veces presenta una barra atravesando el
    bulbo, de la extremidad de la cual salen los
    brazos
  • espirales (normalmente menos enrollados)
  • contienen mucho gas, estrellas jóvenes y
    regiones activas de formación estelar (regiones
    HII)
  • un padrón espiral doble es común, y también
    algún grado de simetría con respecto al centro,
    pero
  • muchas configuraciones mas complejas de
    estructuras espirales son conocidas
  • Irregulares
  • tienen apariencia amórfica (sin núcleo, sin
    disco,
  • sin brazos espirales, etc)
  • son muy ricas en materia interestelar (gas y
    polvo)
  • y estrellas jóvenes, y con frecuencia ubican
    grandes
  • brotes de formación estelar

31
  • Los tipos morfológicos
  • Peculiares (y galaxias interactuantes)
  • tienen una apariencia extraña (con colas,
    chorros, anillos, distorsiones, etc), normalmente
    debido
  • a interacciones gravitacionales o colisiones
    entre galaxias
  • hay apenas un fracción pequeña de galaxias
    peculiares hoy,
  • pero esta crece dramáticamente cuanto mas
    al pasado miramos!

Antennae
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  • Los tipos morfológicos
  • Enanas
  • son mucho menos luminosas (y masivas) que las
    galaxias normales
  • (raramente son vistas mas lejos que el borde
    del Grupo Local)
  • son las galaxias mas abundantes en el Universo,
    probablemente los
  • ladrillos de construcción de otras galaxias
  • frecuentemente ellas orbitan alrededor de
    galaxias mayores (satélites)
  • pueden ser de varios tipos
  • dE E pequeñas (no tienen FE actual)
  • dSph esferoides de muy bajo brillo superficial
    (mas masivas
  • pero menos concentradas que los
    Cúmulos Globulares)
  • dS0 lenticulares poco luminosas
  • dS solo fueran descubiertas recentemente
    Schombert et al. 1995
  • dIrr or dIm irregulares poco luminosas (con
    actividad de FE)
  • BCD enanas compactas azules (con FE
    concentrada en el centro,
  • o galaxias HII, si espalladas),
    mayor brillo superficial

dE (M32)
dSph (Cass. Dwarf)
dS0 (N4431)
dIrr (IC 10)
BCD (N1705)
dS (N5474)
33
  • Los tipos morfológicos
  • Galaxias de Bajo Brillo Superficial (LSB)
  • la mayoría son enanas, pero hay muchas LSB
    normales
  • su abundancia (frecuencia) y propiedades son muy
    mal conocidas
  • porque son muy difíciles de ser detectadas

LSB (UGC 285)
LSB (IC 342)
LSB (UGC 7332)
LSB (UGC 7698)
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