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
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
(Avi
la-R
eese
2006
)
MB . −18
Esferoides - discos
(Avi
la-R
eese
2006
)
MB & −18
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)
Perfil de brillo superficial
NG
C73
31(S
b)
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
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
Componentes estructuralesLentes
(Prieto et al. 2001, A&A 367, 405)
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
.
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
.
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
.
El disco
I(r , z) = I(r)e−|z|hz (hz ≈ 0.1 hr )
UGC 7321 (Sd)(“superdelgada”)
NGC 55 (SBm)
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?
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?
El discoLa ley de Freeman
µ0 . 22 mag arcsec−2
⇓
r24 es máximo
El discoLa ley de Freeman
µ0 . 22 mag arcsec−2
⇓
r24 es máximo
Espirales LSBMalin 1
(Bothun, Impey, Malin, 1987, AJ, 94, 23)
Espirales LSBMalin 1
(Bothun, Impey, Malin, 1987, AJ, 94, 23) (Barth, 2007, AJ, 133, 1085)
Espirales LSBMalin 2
Espirales LSB
El bulbo
Elipsoide; contenido estelar:• población estelar vieja• y de alta metalicidad
NGC 3115 M 104 M 33 SMCS0 Sa Sc Im
El bulboNGC 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:
• decrece la fracción BD
• aumenta la s.f.r. (en el disco)
La relación bulbo - disco
a lo largo de la secuencia de Hubble:
• decrece la fracción BD
• aumenta la s.f.r. (en el disco)
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
Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia S0
Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sa
Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sb
Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sc
Espectros ópticos
(Ken
nicu
tt19
92) galaxia Sm
Clasificación cinemática
(Cap
pella
riet
al.2
011,
MN
RA
S,4
16,1
680)
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
Distribución de poblaciones estelares
(del
Río
&C
epa,
2003
,A&
A,4
00,4
21)
U BV RI B − I
NGC 157(SABbc)
Distribución de poblaciones estelares
(del
Río
&C
epa,
2003
,A&
A,4
00,4
21)
U BV RI B − I
NGC 895(Scd)
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 .
Regiones de formación estelarObservaciones en ultravioleta lejano
ultravioletalejano(UIT)λ = 1521 Å
óptico
Scd Sc Sb
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)
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 estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 2903 (SBd)
Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 3982 (SABb)
Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
NGC 1300 (SBbc)
Regiones de formación estelarEmisión Hα
(Kna
pen
etal
.,20
02,M
NR
AS
,337
,808
)
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 neutroDistribución espacial
Hidrógeno neutroDistribución espacial
NG
C89
1
Hidrógeno neutroAnillos 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 rotaciónDiagrama de araña
4πG ρH(r) =V 2
H
r2 + σ2H
NGC 7331
Diagrama dearaña
La curva de rotaciónDiagrama de araña
4πG ρH(r) =V 2
H
r2 + σ2H
NGC 7331
Diagrama dearaña
La curva de rotación
NGC 7331
V (R) ≈ cte ⇒ V (R)R es decreciente
⇒ rotación diferencial
La curva de rotación
MOdified NewtonDynamics(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 designBrazos bien definidos
NGC 7793 (Sbc)flocculentVarios fragmentos de brazos
Espirales tipo “grumoso” (flocculent)
Formación estelar estocástica autopropagada (SSPSF)(Gerola & Seiden 1978, ApJ, 223, 129)
Espirales tipo “gran diseño” (grand design)
(Cop
yrig
hted
,199
8–
2006
byN
ick
Stro
bel)
Espirales tipo “gran diseño” (grand design)
(Cop
yrig
hted
,199
8–
2006
byN
ick
Stro
bel)
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◦
Espiral cinemática
La onda espiral
¿Qué es lo que mantiene la onda?
• fuerza interna debida a barra enrotación
• galaxia compañera
La onda espiral
(Sellwood, J. A. 2011, MNRAS, 410, 1637)
Ondas de densidad
Ondas de densidadResonancias de Lindblad
Ondas de densidadGas - 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 (CambridgeUniversity Press, 2nd. Edition, 2000).
• Galactic Astronomy,J. Binney & M. Merrifield (Princeton University Press,1998).