Astronomía Extragaláctica y Cosmología Observacional

1. Depto. de Astronomía (UGto) 2006 Astronomía Extragaláctica y Cosmología Observacional Clase 2 La Distribución y la Masa de las Galaxias • El Universo Local • el sistema de la Vía-Láctea • el sistema de Andromeda • el Grupo Local de Galaxias • el Supercúmulo Local • los supercúmulos cercanos • Más allá del Universo Local • el Universo Observable • viendo el pasado • La Masa de las Galaxias • masa Virial • velocidad típica • curvas de rotación • materia obscura

2. UA = unidad astronómica = 1,5108km distancia Tierra-Sol (149.600.000 km) a.l. = año-luz = 9,51012km distancia que la luz viaja en 1 año (9,5 billones de km) pc = parsec = paralaxe second = 3,11013km distancia en la cual 1 UA es vista bajo un ángulo de 1” (31 billones de km) kpc= kiloparsec = 103pc Mpc = megaparsec = 106pc Gpc = gigaparsec = 109 pc

3. El Universo Local: la Distribución de Galaxias • Pequeña escala: • las galaxias NO están distribuidas al azar • concentraciones de galaxias pueden ser grupos, cúmulos, supercúmulos o filamentos • regiones con las menores densidades de galaxias son llamadas vacíos plan de la Vía-Láctea Distribución de 14650 galaxias de los catalogos UGC, ESO y MCG

4. plan de la Vía-Láctea • El Universo Local: la Distribución de Galaxias Distribución de 1 600 000 galaxias del catalogo 2MASS (infrarojo cercano)

5. El Universo Local: el sistema de la Vía-Láctea

6. For dSph LeoI dSph Scl dSph Car dSph LeoII dSph Dra dSph Phe dIrr UMi dSph Sex dSph • El Universo Local: la Vía-Láctea y sus satélites Via-Láctea (2MASS) SMC LMC

7. El Universo Local: la Vía-Láctea y sus satélites Sag DEG CMa dwarf • Sagitarius DEG (encontrada a partir • de la densidad de brillo de estrellas) [R. Ibata, G. Gilmore & M. Irwin 1994, Nature 370, 6486] • Canis Majoris dw (encontrada en • los datos 2MASS – asimetrías en la • población de gigantes rojas) [Martin et al. 2003, MNRAS 348, 12]

8. El Universo Local: la Vía-Láctea y sus satélites • Ursa Majoris II dw (sobredensidades de estrellas rojas en el SDSS) Boo dw CVn dw [Willman et al. 2005, ApJ 626, 85] • Canis Venati dw y Bootes dw • (encontradas en los datos del SDSS) [Zucker et al. 2006, ApJ 643, 103 y Belokurov et al. 2006, ApJ 647, L111]

9. El Universo Local: el sistema de la Vía-Láctea • Galaxia Tipo MV D(kpc) Extens.(’) • Milky Way S(B)bc -20.9 8.5 21600 • 1. CMa dwarf1--- Irr -14.0 8 720 • 2. Vir SS2--- dSph 9 30 x 10 • 3. Sag DEG3--- dSph(t) -13.8 24 450 x 216 • 4. LMC ESO 056-G115SBm -18.5 49 650 x 550 • 5. SMC NGC 292Im -17.1 58 280 x 160 • 6. Boo dwarf4 --- dSph -5.8 60 13 x 8.7 • 7. UMi dwarf DDO 199 dSph(4) -8.9 69 41 x 26 • 8. Draco dwarf DDO 208 dSph(0) -8.6 76 51 x 31 • 9. Sculptor dwarf ESO 351-G030dSph(3p) -9.8 78 39.8 x 30.9 • 10. Sextans dwarf --- dSph(3) -9.5 86 30 x 12 • 11. Carina dwarf ESO 206-G220dSph(3) -9.4 87 23.5 x 15.5 • 12. UMa II5 --- dSph -6.8 100 • 13. Fornax dwarf ESO 356-G004dSph -13.1 131 12 x 10.2 • 14. CVn dwarf6 --- dSph -7.9 220 8.4 x 5 • 15. Leo II DDO 93 dSph -10.1 230 12 x 11 • 16. Leo I Regulus dSph -11.9 251 9.8 x 7.4 • 17. Phoenix dwarf ESO 245-G007 dIrr -9.8 390 4.9 x 4.1 • 1 Martin et al. 2003, MNRAS 348, 12 • 2 Duffau et al. 2005, ApJ 636, L97 • 3 Ibata et al. 1994, Nature 370, 6486 • 4 Belokurov et al. 2006, ApJ 647, L111 • 5 Willman et al. 2005, ApJ 626, 85 • 6 Zucker et al. 2006, ApJ 643, 103

10. M33 • El Universo Local: el sistema de Andromeda M32 M31 M110 NGC 185 NGC 147

11. radio  1.5 Mpc El Grupo Local

12. El Universo Local: el Grupo Local de Galaxias

13. El Universo Local: el Grupo Local de Galaxias

14. El Universo Local: el Grupo Local de Galaxias [van den Bergh 1999, A&AR 9, 273] [van den Bergh 2000, PASP 112, 529]

15. Vacío Local dirección del Cúmulo de Virgo Vacío Local • El Universo Local: la inmediación del GL Antlia- Sextans Maffei Sculptor []

16. El Universo Local: el Supercúmulo Local • descubrimiento del Supercúmulo Local [G. de Vaucouleurs 1953, AJ 58, 30]

17. Grupo Local Cúmulo de Virgo El Supercúmulo Local radio  30 Mpc

18. El Universo Local: el Supercúmulo Local [Sparke & Gallagher III, Galaxies in the Universe: an Introduction] [B. Tully 1982, ApJ 257, 389]

19. El Universo Local: supercúmulo cercanos • el supercúmulo Coma-A1367 [Gregory & Thompson 1978, ApJ 222, 784 ] • el supercúmulo Perseus-Pisces [Wegner, Haynes & Giovanelli 1993, AJ 105, 1251]

20. El Universo Local [Fairall 1998, Large Scale Structures in the Universe*]

21. El Universo Local [M. Hudson 1993, MNRAS 265, 43]

22. El “Universo Local” radio  300 Mpc

23. z = λo – λe = H0 d λe c radio  600 Mpc

24. radio  4 Gpc El “Universo Observable”

25. Edad del Universo Quasares

26. Tiempo en retrospectiva (desde que la luz que vemos del objeto lo dejo): ~ 12.9 Ga

27. Teorema del Virial: • Cúmulos de estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias suelen ser considerados configuraciones estables ligadas gravitacionalmente, es decir, sus “particulas” miembros ya alcanzaron un equilibrio dinámico bajo la influencia de la gravedad. • Pruebas de ligazón: • tiempos de travesía → ttrav < tsis tsis: edad del sistema • ttrav = R / <v> R: tamaño del sistema • <v>: velocidad típica o dispersión • de velocidades (σ) • Ex: Vía-Láctea R = 8.5 kpc • <v> = 220 km s-1 • trot = 2π R/<v> ≈ 2.5108 a << tMW  1010 a • energía mecánica → E < 0 K: energía cinética • E = K + U U: energía potencial gravitacional • Teorema del Virial: 2 K + U = 0Mvir = (1/G) V2 RH (no hay variación de masa, las orbitas son periódicas, y el sistema esta relajado dinámicamente) • La masa de las galaxias: Masa Virial • Todos los métodos directos de medición de masa en Astronomía son dinámicos!

28. La masa de las galaxias: Masa Virial σ vrot Orbitas circulares (discos de galaxias espirales): estrellas de población I, nubes de gas, cúmulos abiertos Orbitas isotrópicas (galaxias elípticas y bulbos de espirales): estrellas de población II, cúmulos globulares

29. Medidas de velocidad de rotación: • estrellas – perfil de las líneas de absorpción estelares en el espectro óptico (regiones centrales) • gas caliente (HII) – inclinación de la líneas de emisión en el espectro óptico 2D (regiones externas) • gás HI – observaciones radio del perfil de la línea 21cm    • Curvas de rotación de espirales

30. región de rotación de cuerpo rígido [V(r)  r] velocidad de rotación máxima (Vmax) • Curvas de rotación de espirales NGC 2742 Diagrama posición  velocidad:

31. Otras estimativas de masa para elípticas • Masas a partir de la emisión en rayos-X: • la mayoría de las elípticas no tienen gas, pero algunas lo tienen • el gas caliente (T  106 K) de H o He completamente ionizados es mas frecuente que el gas frío (HI) • la fuente de calentamiento es normalmente el conjunto de explosiones desupernovas • el gas caliente emite en la banda de rayos-X • se supone que el gas caliente esta en equilibrio hidrostático con el pozo de potencial de la galaxia (la masa total general el potencial que confina el gas)  NGC 720

32. Materia Obscura • Jan Oort[1932, Bull. Astron. Inst. Neth. 6, 249], analisando las velocidades de estrellas en las cercanias del Sol, concluyo que as estrellas visibles corresponden a apenas 30-50% de la candidad de materia implicada por suas velocidades • Fritz Zwicky[1933, Helw. Phys. Acta 6, 110], por la medida de la dispersión de velocidad de cúmulos ricos, encuentró que era necesario alrededor de 10 hasta 100 veces más masa que la que era visible para mantener los cúmulos ligados • Ostriker, Yahil & Peebles [1974, ApJ L 193, L1] and Einasto, Kraasik & Saar [1974, Nature 250, 309] medieran masas de galaxias como función del radio (a partir de las curvas de rotación) y encuentraran que las masas crecen linealmente con el radio hasta al menos 100 kpc, y galaxias normales S y E tienen masas ~ 1012M

33. Materia Obscura: Vía-Láctea • curva de rotación de la VL trazadores: estrellas, nebulosas planetarias, gas HI, regiones HII, galaxias satélites [Clemens 1985, ApJ 295, 422] [Faber & Gallagher 1979, ARAA 17, 135*]

34. Materia Obscura: otras escalas [Bahcall et al. 1995, ApJ 447, L81]