Apartes de a la Charla: "Historias contadas por Galaxias"-14 de Octubre de 2017
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Historias Contadas por Galaxias
Por:
Luis Fernando Quiroga Peláez
Grupo de Física y Astrofísica Computacional
Instituto de Física
Universidad de Antioquia
1
Galaxias en el Universo
Las galaxias son la principal fuente de información cuando queremos entender el origen, evolución y destino del Universo.
2
¿Por qué?
Contenido
• Escalas del universo
• ¿Qué es una galaxia?
• Tipos de galaxias
• Evolución de galaxias
3
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
4
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
5
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
6
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
8
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?
9
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.
10
Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
m M
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
11
Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
m M
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
12
Cuerpo autogravitante: cuerpo que experimenta su propio peso.
¿Qué es una galaxia?
La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente
M+m
13
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´
14
Cuerpo autogravitante:
¿Qué es una galaxia?
https://www.youtube.com/watch?v=bLLWkx_MRfk
15
¿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
17
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?
18
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?
19
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
20
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
22
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
23
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.
24
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.
25
Soporte por presión:
26
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.
30
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.
33
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.
36
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…
37
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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