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Morfologia e fotometria delle galassie. Enrico Maria Corsini Dipartimento di Astronomia Università di Padova Lezione V del progetto educativo per le scuole superiori Il cielo come laboratorio Liceo Curiel Padova A.S. 2003-2004. Sommario. Cenni storici
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Morfologia e fotometria delle galassie Enrico Maria Corsini Dipartimento di Astronomia Università di Padova Lezione V del progetto educativo per le scuole superiori Il cielo come laboratorio Liceo Curiel Padova A.S. 2003-2004
Sommario • Cenni storici • Classificazione morfologica delle galassie • Classificazione morfologica di Hubble • Fotometria di oggetti estesi (= galassie) • Brillanza superficiale, isofote, luminosità e magnitudini, raggio equivalente ed efficace • Profili radiali di brillanza superficiale • Forma delle isofote • Profili fotometrici delle galassie • Decomposizioni fotometriche
Cenni storici • Galileo(1564-1642): natura stellare della Via Lattea • I. Kant (1724-1804): speculazioni filosofiche sugli universi isola • W. Herschel (1738-1822): General Catalog of Nebulae, forma della Via Lattea • H. Shapley (1885-1972): posizione eccentrica del Sole • H. Curtis (1872-1932): nebulose extragalattiche • E. Hubble (1889-1953): distanza M31 (1924)
Cenni storici • Galileo (1564-1642): natura stellare della Via Lattea • I. Kant (1724-1804): speculazioni filosofiche sugli universi isola • W. Herschel (1738-1822): General Catalog of Nebulae, forma della Via Lattea • H. Shapley (1885-1972): posizione eccentrica del Sole • H. Curtis (1872-1932): nebulose extragalattiche • E. Hubble (1889-1953): distanza M31 (1924)
Cenni storici • Galileo (1564-1642): natura stellare della Via Lattea • I. Kant (1724-1804): speculazioni filosofiche sugli universi isola • W. Herschel (1738-1822): General Catalog of Nebulae, forma della Via Lattea • H. Shapley (1885-1972): posizione eccentrica del Sole • H. Curtis (1872-1932): nebulose extragalattiche • E. Hubble (1889-1953): distanza M31 (1924)
Cenni storici • Galileo (1564-1642): natura stellare della Via Lattea • I. Kant (1724-1804): speculazioni filosofiche sugli universi isola • W. Herschel (1738-1822): General Catalog of Nebulae, forma della Via Lattea • H. Shapley (1885-1972): posizione eccentrica del Sole • H. Curtis (1872-1932): nebulose extragalattiche • E. Hubble (1889-1953): distanza M31 (1924)
NGC 6369 NGC 5236 (M83)
Cenni storici • Galileo (1564-1642): natura stellare della Via Lattea • I. Kant (1724-1804): speculazioni filosofiche sugli universi isola • W. Herschel (1738-1822): General Catalog of Nebulae, forma della Via Lattea • H. Shapley (1885-1972): posizione eccentrica del Sole • H. Curtis (1872-1932): nebulose extragalattiche • E. Hubble (1889-1953): distanza M31 (1924)
Le Cefeidi sono un tipo di stelle variabili per cui è nota una relazione tra il periodo di variabilità e la magnitudine assoluta M = – 2.8 log P –1.4
Immaginiamo che Hubble abbia misurato • m = 20.0 mag P = 10 giorni • M = – 2.8 log P –1.4 = – 2.8 log (10) –1.4 = – 2.8 –1.4 = – 4.2 • m – M = 20.0 – (– 4.2) = 24.2 • m – M = 5 log (d/10) = 5 log d – 5 log (10) = 5 log d – 5 • m – M + 5 = 5 log d • (m – M + 5)/5 = log d • (m–M+5)/5 (24.2+5)/5 29.2/5 • d = 10 = 10 = 10 = 691830 pc = 700 kpc • M31 dista 700 kpc da noi • Il diametro della Via Lattea è circa 30 kpc • M31 è un oggetto esterno alla Via Lattea m = 20.0 mag P = 10 giorni M = – 2.8 log P –1.4 = – 2.8 log (10) –1.4 = – 2.8 –1.4 = – 4.2 m – M = 20.0 – (– 4.2) = 24.2 m – M = 5 log (d/10) = 5 log d – 5 log (10) = 5 log d – 5 m – M + 5 = 5 log d (m – M + 5)/5 = log d (m–M+5)/5 (24.2+5)/5 29.2/5 d = 10 = 10 = 10 = 691830 pc = 700 kpc
Classificazione morfologica delle galassie • La varietà delle forme delle galassie può essere ricondotta a pochi “tipi” (=classificazione morfologica) • La classificazione morfologica è il primo passo verso la comprensione fisica delle galassie (anche ad alto redshift) • La morfologia è correlata con molte delle proprietà globali delle galassie (a.e. popolazioni stellari, momento angolare, tasso di formazione stellare, contenuto di gas, ambiente) • Riprodurre la varietà delle forme osservate è uno degli obbiettivi principali di tutte le teorie di formazione ed evoluzione delle galassie
NGC 4596 SB0 NGC 3384 S0
M63 (NGC 5055) Sb NGC 1365 SBb
Sextans A Irr I M82 (NGC 3034) Irr II
Limiti delle classificazioni morfologiche Le classificazioni morfologiche (a.e. Hubble): • si basano sulla analisi (soggettiva) delle immagini (lastre fotografiche in banda B, immagini CCD in NIR) • sono limitate da effetti di risoluzione, profondità e banda passante delle immagini analizzate • dipendono dai criteri di classificazione adottati La classificazione morfologica descrive la distribuzione della luce (e quindi delle stelle) nelle galassie (=fotometria qualitativa)
Lo spettro di una stella dipende dalla sua temperatura. Più una stella é calda, più la sua luce è blu. Lunghezza d’onda (nm)
M81 (NGC 3031) UV Ottico IR
Classificazione morfologica di Hubble • È la classificazione più usata e fornisce la terminologia di base • Hubble distigue le galassie in quattro famiglie: - galassie ellittiche (E) - galassie lenticolari normali (S0) e barrate (SB0) - galassie a spirale normali (S) e barrate (SB) - galassie irregolari (Irr) e le colloca lungo cosiddetto diagramma a diapason (tuning-fork diagram)
Hubble: diagramma a diapason Irr I Irr II Ellittiche Lenticolari Spirali Irregolari
Hubble: galassie ellittiche • Forma (apparente) ellittica • Struttura diffusa con poca evidenza di gas e polveri • I sottotipi sono definiti sulla base dello schiacciamento apparente (ellitticità) En, n=0,1,…7 con n = 10 e = 10 (1-b/a) b e = 1 – b/a a
Hubble: galassie lenticolari • Due componenti: sferoide centrale (bulge) e disco senza evidenza di bracci di spirale • Due sottoclassi: normali (S0) e barrate (SB0) • I sottotipi S01, S02, S03 sono definiti dalla: - prominenza delle polveri nel disco • I sottotipi SB01, SB02, SB03 sono definiti dalla: - prominenza delle polveri e della barra
NGC 3245 S01 NGC 4111 S02 NGC 5866 S03
Hubble: galassie a spirale • Due componenti: sferoide centrale (bulge) e disco caratterizzato dalla presenza dei bracci di spirale • Due sottoclassi: normali (S) e barrate (SB) • I sottotipi Sa, Sb, Sc sono definiti da tre criteri: - prominenza del bulge rispetto al disco - avvolgimento/apertura dei bracci a spirale - risoluzione del disco in stelle, nodi, regioni HII
Galassie “di taglio” (= molto inclinate) • Sa • Bulge molto prominente • Sc • Bulge poco prominente / assente
Galassie “di faccia” (= poco inclinate) • Sa • Bulge molto prominente • Bracci molto avvolti • Bracci poco risolti • Sc • Bulge poco prominente • Bracci poco avvolti • Bracci molto risolti
NGC 1302 Sa NGC 2841 Sb NGC 628 Sc NGC 175 SBa NGC 1300 SBb NGC 7741 SBc
Hubble: galassie irregolari • Poca o nessuna simmetria • Due sottoclassi: tipo I (Irr I) e tipo II (Irr II) - Irr I: fortemente risolte in stelle (a.e. LMC) - Irr II: caotiche e disturbate (a.e. M82)
LMC Irr I M82 (NGC 3034) Irr II
Galassie non classificabili • 2% delle galassie non rientra nei tipi E, S0, S, Irr • Si tratta soprattutto di sistemi disturbati e/o interagenti NGC 4038/39 Sc (tides) NGC 5128 S0+S pec
Morfologia nel Gruppo Locale e ad alto redshift • Nel Gruppo Locale ci sono molte galassie irregolari e nane • Ad alto redshift ci sono molte galassie peculiari
molto luminose e massicce M=1014 M (M= 2 x1030 Kg) poco luminose e massicce M=107 M
oggi 5 Gyr fa 7 Gyr fa • La frazione diE/S0 rimane costante al crescere di z (= si formano a alto z) • La frazione di S/Ir decresce al crescere di z (= le S non si sono ancora formate 7 Gyr fa) • La frazione di galassie peculiari cresce al crescere di z (= galassie in interazione, le galassie grandi si formano assemblando galassie piccole)
Fotometria delle galassie La fotometria delle galassie pone la classificazione morfologica su basi quantitative e permette di: • confrontare dimensioni, luminosità (e masse) di galassie diverse (purché se ne conosca la distanza) • capire la forma intrinseca (3D) delle galassie • discriminare le singole componenti luminose di una galassia (bulge, disco, barra, …)