Post on 21-Jan-2018
Historias Contadas por Galaxias
Por:
Luis Fernando Quiroga Peláez
Grupo de Física y Astrofísica Computacional
Instituto de Física
Universidad de Antioquia
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Galaxias en el Universo
Las galaxias son la principal fuente de información cuando queremos entender el origen, evolución y destino del Universo.
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¿Por qué?
Contenido
• Escalas del universo
• ¿Qué es una galaxia?
• Tipos de galaxias
• Evolución de galaxias
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Escalas espaciales del universo
• Una idea de la escala espacial en la que se debe estudiar a las galaxias:
1 m = 100 m 100 m = 102 m 1000 m = 103 m = 1 km = 100 km
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Escalas espaciales del universo
1849 km ~ 2 x 103 km 12742 km ~ 1.3 x 104 km 1397600 km ~ 1.4 x 106 km
Tierra SOL
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Escalas espaciales del universo
1.5 x 108 km = 1 UA
La luz tarda ~8 min en viajar desde el Sol hasta la Tierra
Tierra - Sol
1013 km ~ 105 UA ~ 1 parsec = 1pc
La luz tarda ~4 años en viajar desde el Sol hasta α-Centauri
La estrella más cercana al Sol
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Escalas espaciales del universo
106 UA ~ 20 pc
Vecindario solar Vía Láctea
8500 pc ~ 8.5 x 103 pc = 8.5 kpc
Radio Vía Láctea ~ 25 kpc 7 La luz tarda ~100000 años en viajar desde centro galáctico hasta sus bordes
Escalas espaciales del universo
Grupo Local de galaxias
~ 1.4 x 106 pc = 1.4 x 103 kpc = 1.4 Mpc
Vía Láctea – Andrómeda ~ 775 kpc
Supercúmulo de Virgo
~ 33 Mpc
Universo Observable
~ 8.4 x 103 Mpc ~ 8.4 Gpc
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La luz tarda ~2.6 millones de años en viajar desde Andrómeda hasta la Vía Láctea
Siempre estamos observando el pasado de las galaxias.
¿Qué le ha pasado a la galaxia de Andrómeda en los últimos 2.6 millones de años?
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Escalas espaciales del universo
Cuando observamos objetos muy distantes, observamos su pasado.
¿Qué es una galaxia?
Son estructuras autogravitantes principalmente compuestas de gas, polvo, estrellas y materia oscura.
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Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
m M
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
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Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
m M
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
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Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
M+m
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Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
M+m M´
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Cuerpo autogravitante:
¿Qué es una galaxia?
https://www.youtube.com/watch?v=bLLWkx_MRfk
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¿Qué es una galaxia?
Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
• Las partículas externas experimentan una fuerza mayor hacia el centro y no se pueden separar del sistema.
• Las partículas internas experimentan que las externas las “empujan” hacia el centro.
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Estrellas :
• Nacen dentro de la galaxia producto de la dinámica del gas.
• Se consideran no colisionales (interactúan sólo con la gravedad) pero emiten luz.
¿Qué es una galaxia?
Galaxia del triángulo
M87
La vía Láctea tiene aprox. 400 mil millones de estrellas
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Gas y polvo:
• Opaca la luz emitida por las estrellas.
• Principalmente está presente en nubes de hidrógeno, helio y elementos provenientes de explosiones de estrellas.
• Es la materia prima para la formación estelar.
• Polvo: Partículas de gas aglomeradas con tamaños mayores a 100 micras.
¿Qué es una galaxia?
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Materia oscura:
• Interactúa sólo a través de la gravedad.
• Es no colisional.
• No interactúa electromagnéticamente, entonces es invisible.
• No sabemos que es pero es necesaria para explicar la dinámica del gas y las estrellas en las galaxias.
• Rodea la galaxia y constituye el 90% de su masa.
¿Qué es una galaxia?
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http://hubblesite.org/gallery/
Algunas evidencias de la existencia de materia oscura:
¿Qué es una galaxia?
Curvas de rotación galáctica
Se necesita el modelo de materia oscura para explicar la velocidad de las estrellas y el gas en la galaxia.
Zwicky 1933 & Rubin 1975
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Algunas evidencias de la existencia de materia oscura:
¿Qué es una galaxia?
Colisiones de cúmulos de galaxias
NASA/CXC/M.Weiss Markevitch M. et al. 2004 21
¿Qué es una galaxia?
Son estructuras autogravitantes principalmente compuestas de gas, polvo, estrellas y materia oscura.
Halo de materia oscura
Estrellas, gas y polvo
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Galaxias elípticas:
Tipos de galaxias • Son distribuciones
esferoidales de estrellas. • Casi carentes de gas y
polvo. • Soportadas por presión. • Masas entre 107 y 1014
masas solares. • Tamaños entre decenas y
cientos de kpc.
NGC 1379 NGC 777
NGC 2974 NGC 1209
A Revised Shapley-Ames Catalogue, A.R. Sandage and G.A. Tammann,Washington: Carnegie Institution, 1981
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Galaxias de disco:
Tipos de galaxias
• Distribución discoidal de estrellas, gas y polvo.
• Algunas con un abultamiento central de estrellas (bulbo o barra).
• Un halo estelar de estrellas viejas que rodea al disco.
• Soportadas por rotación. • Masas entre 109 y 1012 masas
solares. • Tamaños entre 5 y 100 kpc.
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Tipos de galaxias
NGC 718
NGC 309 NGC 4450
NGC 1688
Espirales
Espirales barradas
A Revised Shapley-Ames Catalogue, A.R. Sandage and G.A. Tammann, Washington: Carnegie Institution, 1981.
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Soporte por presión:
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Tipos de galaxias
Soporte por rotación:
Galaxias Irregulares:
Tipos de galaxias
• No tienen forma definida. • Halos de materia oscura poco
masivos que las hace inestables.
• Pueden originarse como uno de los producto de la colisión de dos galaxias.
IC 4662 NGC 5464
NGC 0520
A Revised Shapley-Ames Catalogue, A.R. Sandage and G.A. Tammann, Washington: Carnegie Institution, 1981.
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Sistema de clasificación de Hubble:
Tipos de galaxias
Evolución de galaxias
Las elípticas se clasifican según su elipticidad (achatamiento).
Las espirales se clasifican según: • Tamaño del
bulbo • Apertura de los
brazos • Definición de los
brazos
Las irregulares se clasifican según lo amorfas que sean.
Hubble E. 1936 28
Modelo jerárquico de formación de estructuras:
Las estructuras en el universo crecen de menor a mayor en masa y tamaño.
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Evolución de galaxias
• El universo a gran escala es homogéneo e isotrópico.
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Evolución de galaxias
• Con la expansión del universo pequeñas sobre-densidades se magnifican, esto produce la dinámica actual del universo.
• A nivel local el universo no es homogéneo.
• El universo a gran escala es homogéneo e isotrópico.
• A nivel local el universo no es homogéneo.
• Con la expansión del universo pequeñas sobre-densidades se magnifican, esto produce la dinámica actual del universo.
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Evolución de galaxias
Grupo Local de galaxias
~ 1.4 x 106 pc = 1.4 x 103 kpc = 1.4 Mpc
Supercúmulo de Virgo
~ 33 Mpc
Universo Observable
~ 8.4 x 103 Mpc ~ 8.4 Gpc
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Evolución de galaxias
• Grumos de materia oscura atraen a otros menos masivos formando un halo de materia oscura.
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Evolución de galaxias : Materia oscura
• Halos de materia oscura muy masivos se fusionan con halos menos masivos.
• Se forma un “esqueleto” de materia oscura donde la mayoría de materia que compone al universo se agrupa (red cósmica).
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Evolución de galaxias
https://www.clues-project.org/cms/images-and-movies/dark-matter/
• El gas al ser más liviano es atraído gravitacionalmente por los halos de materia oscura.
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Evolución de galaxias : El gas
• Mientras el gas cae al centro del halo gana rotación, pierde temperatura y aumenta su densidad.
• Nubes de gas donde la temperatura es muy baja y la densidad muy alta la gravedad hace colapsar la nube y se forman estrellas.
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Evolución de galaxias : El gas
http://www.ukaff.ac.uk/starcluster/
Se ha creado una estructura autogravitante compuesta de materias oscura, estrellas y gas.
¡Se ha formado una galaxia!
• Una vez formadas las galaxias siguen evolucionando por diferentes mecanismos:
• La física del gas y procesos de formación estelar.
• Aumento de masa por material que aún “cae” a la galaxia.
• Interacciones, colisiones y fusiones con otras galaxias.
• Entre otros…
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Evolución de galaxias
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Evolución de galaxias
• Las fusiones de galaxias es el factor que más altera el aspecto y la dinámica de una galaxia:
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Evolución de galaxias
Fusiones mayores: =
Fusiones menores: =
Galaxias en el Universo
Las galaxias son la principal puente de información cuando queremos entender el origen, evolución y destino del Universo.
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¿Por qué?
• Observar a las galaxias es observar al universo en el pasado. • Entender a las galaxias en el pasado es entender al universo en el
pasado.
• Si logramos reproducir el pasado y el presente del universo tal vez logremos predecir su destino y podríamos creer que lo entendemos.
Pero ahí no termina todo…
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• Las galaxias nos cuentan la historia del Universo, pero…
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¡No sabemos casi nada acerca del Universo!
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¡Muchas gracias!
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