Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y...
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Astronomía ExtragalácticaCap. 4: Galaxias espirales y lenticulares
Profesor: Sergio A. Cellone
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas
Universidad Nacional de La Plata, Argentina
curso 2015
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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
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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
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Característica distintiva de las S y S0
Disco estelar notable y extendido
↓galaxias de disco
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Esferoides - discos
(Avi
la-R
eese
2006
)
MB . −18
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Esferoides - discos
(Avi
la-R
eese
2006
)
MB & −18
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El discoDeterminación de la inclinación
cos2(i) =(1− ε)2 − q2
0
1− q20
ε: elipticidad (medida)q0 = 0.11→ 0.20: achatamiento intrínseco
(Courteau, S. 1997, AJ, 114, 2402)
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Perfil de brillo superficial
NG
C73
31(S
b)
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Perfil de brillo superficial
banda I → µ(r = 0) ' 15 mag arcsec−2
µ(r = 300′′) ' 25 mag arcsec−2
µcielo ' 19.9 mag arcsec−2
I(r = 0) ' 100× IcieloI(r = 300′′) ' 0.01× Icielo
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Perfil de brillo superficial
banda I → µ(r = 0) ' 15 mag arcsec−2
µ(r = 300′′) ' 25 mag arcsec−2
µcielo ' 19.9 mag arcsec−2
I(r = 0) ' 100× IcieloI(r = 300′′) ' 0.01× Icielo
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Componentes estructuralesLentes
(Prieto et al. 2001, A&A 367, 405)
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Componentes estructuralesLentes, barras elíptica y planas, anillos
Ilens(r) = I0,lens
[1−
(r
r0,lens
)2]
(r ≤ r0,lens).
Ibar(x , y) = I0,bar
√1−
(x
abar
)2
−(
ybbar
)2
, (1)
Ibar(r) =I0,bar
1 + er−αβ
,
Iring(r) = I0,ring e−12
( r−r0,ringσ
)2
.
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Componentes estructuralesLentes, barras elíptica y planas, anillos
Ilens(r) = I0,lens
[1−
(r
r0,lens
)2]
(r ≤ r0,lens).
Ibar(x , y) = I0,bar
√1−
(x
abar
)2
−(
ybbar
)2
, (1)
Ibar(r) =I0,bar
1 + er−αβ
,
Iring(r) = I0,ring e−12
( r−r0,ringσ
)2
.
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Componentes estructuralesLentes, barras elíptica y planas, anillos
Ilens(r) = I0,lens
[1−
(r
r0,lens
)2]
(r ≤ r0,lens).
Ibar(x , y) = I0,bar
√1−
(x
abar
)2
−(
ybbar
)2
, (1)
Ibar(r) =I0,bar
1 + er−αβ
,
Iring(r) = I0,ring e−12
( r−r0,ringσ
)2
.
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El disco
I(r , z) = I(r)e−|z|hz (hz ≈ 0.1 hr )
UGC 7321 (Sd)(“superdelgada”)
NGC 55 (SBm)
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El discoLa 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?
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El discoLa 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?
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El discoLa ley de Freeman
µ0 . 22 mag arcsec−2
⇓
r24 es máximo
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El discoLa ley de Freeman
µ0 . 22 mag arcsec−2
⇓
r24 es máximo
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Espirales LSBMalin 1
(Bothun, Impey, Malin, 1987, AJ, 94, 23)
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Espirales LSBMalin 1
(Bothun, Impey, Malin, 1987, AJ, 94, 23) (Barth, 2007, AJ, 133, 1085)
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Espirales LSBMalin 2
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Espirales LSB
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El bulbo
Elipsoide; contenido estelar:• población estelar vieja• y de alta metalicidad
NGC 3115 M 104 M 33 SMCS0 Sa Sc Im
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El bulboNGC 5054 (Sb) - NGC 1365 (SBbc)
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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
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La relación bulbo - disco
a lo largo de la secuencia de Hubble:
• decrece la fracción BD
• aumenta la s.f.r. (en el disco)
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La relación bulbo - disco
a lo largo de la secuencia de Hubble:
• decrece la fracción BD
• aumenta la s.f.r. (en el disco)
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La secuencia de galaxias de disco
Caracterísica S0 – Sa Sd – Sm
Brazos espirales @ o apretados abiertosColor – TE rojo: ? G tardía azul: ? F tardíaB − V 0.7→ 0.9 0.4→ 0.8Estrellas jóvenes pocas relativ. muchasRegiones HII pocas, pequeñas muchas, luminosasGas poco muchoM(HI)/LB . 0.05→ 0.1 ∼ 0.25→> 1LB (1→ 4)1010L� (< 0.1→ 2)1010L�I0 alto bajoM(< R) (0.5→ 3)1011M� (< 0.2→ 1)1011M�
Rotación dV (R)R alta dV (R)
R bajaB/D alta baja
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Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia S0
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Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sa
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Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sb
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Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sc
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Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sm
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Clasificación cinemática
(Cap
pella
riet
al.2
011,
MN
RA
S,4
16,1
680)
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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
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Distribución de poblaciones estelares
(del
Río
&C
epa,
2003
,A&
A,4
00,4
21)
U BV RI B − I
NGC 157(SABbc)
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Distribución de poblaciones estelares
(del
Río
&C
epa,
2003
,A&
A,4
00,4
21)
U BV RI B − I
NGC 895(Scd)
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Distribución de poblaciones estelares
Región central de M 100 (NGC 4321) en óptico (HST, izq.) enbanda K (2.2µm) (centro) y en Hα (der.) + contornos K .
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Regiones de formación estelarObservaciones en ultravioleta lejano
ultravioletalejano(UIT)λ = 1521 Å
óptico
Scd Sc Sb
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Regiones de formación estelarObservaciones en ultravioleta lejano
M 94(Sab)
FUV (UIT) λ = 1521 ÅNUV (HST) λ = 2300 Å(Waller et al. 2001, AJ, 121,
1395)
![Page 42: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/42.jpg)
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
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Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 2903 (SBd)
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Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 3982 (SABb)
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Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 1300 (SBbc)
![Page 46: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/46.jpg)
Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 4314 (SBa)
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Relación Hα - tipo de Hubble
(Kennicutt & Kent 1983, AJ, 88, 1094)
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Relación Hα - FIR
(Devereux & Young 1990, ApJ, 350, L25)
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Espectros de fuentes térmicas y no térmicas
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Síntesis de abertura
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Hidrógeno neutroDistribución espacial
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Hidrógeno neutroDistribución espacial
NG
C89
1
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Hidrógeno neutroAnillos polares
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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
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La curva de rotación
Vr (R, i) = Vsis + V (R) sen(i) cos(ψ)
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La curva de rotaciónDiagrama de araña
4πG ρH(r) =V 2
H
r2 + σ2H
NGC 7331
Diagrama dearaña
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La curva de rotaciónDiagrama de araña
4πG ρH(r) =V 2
H
r2 + σ2H
NGC 7331
Diagrama dearaña
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La curva de rotación
NGC 7331
V (R) ≈ cte ⇒ V (R)R es decreciente
⇒ rotación diferencial
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La curva de rotación
MOdified NewtonDynamics(MOND)(Bottema et al. 2002, A&A
393, 453)
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La relación Tully-Fisher
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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
![Page 62: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/62.jpg)
Tipos de espirales
NGC 2903 (Sc)grand designBrazos bien definidos
NGC 7793 (Sbc)flocculentVarios fragmentos de brazos
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Espirales tipo “grumoso” (flocculent)
Formación estelar estocástica autopropagada (SSPSF)(Gerola & Seiden 1978, ApJ, 223, 129)
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Espirales tipo “gran diseño” (grand design)
(Cop
yrig
hted
,199
8–
2006
byN
ick
Stro
bel)
![Page 65: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/65.jpg)
Espirales tipo “gran diseño” (grand design)
(Cop
yrig
hted
,199
8–
2006
byN
ick
Stro
bel)
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Espirales tipo grand design
cos {m [φ+ f (R, t)]} = 1
1tan i
=
∣∣∣∣R ∂φ
∂R
∣∣∣∣ = ∣∣∣∣R ∂f∂R
∣∣∣∣i (pitch angle) Sa: 〈i〉 ' 5◦ → Sc: 10 < i < 30◦
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Espiral cinemática
![Page 68: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/68.jpg)
La onda espiral
¿Qué es lo que mantiene la onda?
• fuerza interna debida a barra enrotación
• galaxia compañera
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La onda espiral
(Sellwood, J. A. 2011, MNRAS, 410, 1637)
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Ondas de densidad
![Page 71: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/71.jpg)
Ondas de densidadResonancias de Lindblad
![Page 72: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/72.jpg)
Ondas de densidadGas - polvo
![Page 73: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/73.jpg)
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
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Barras
![Page 75: Astronomía Extragaláctica - Cap. 4: Galaxias espirales y ...carina.fcaglp.unlp.edu.ar/extragalactica/Clases/cap4...Cap. 4: Galaxias espirales y lenticulares 1 Distribución de brillo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062311/6045a5e7b08c587ce009d64c/html5/thumbnails/75.jpg)
Barras
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Bibliografía del capítulo:
• Galaxies in the Universe: An Introduction,Linda S. Sparke & John S. Gallagher III (CambridgeUniversity Press, 2nd. Edition, 2000).
• Galactic Astronomy,J. Binney & M. Merrifield (Princeton University Press,1998).