Apartes de a la Charla: "Historias contadas por Galaxias"-14 de Octubre de 2017

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


1849 km ~ 2 x 103 km 12742 km ~ 1.3 x 104 km 1397600 km ~ 1.4 x 106 km

Tierra SOL

5


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


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


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


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.


m M

La gravedad hace que los cuerpos masivos se atraigan mutuamente

11



m M


12




M+m

13




M+m M´

14

Cuerpo autogravitante:


https://www.youtube.com/watch?v=bLLWkx_MRfk

15





• 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.

16

Estrellas :

• Nacen dentro de la galaxia producto de la dinámica del gas.

• Se consideran no colisionales (interactúan sólo con la gravedad) pero emiten luz.


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.


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.


19

http://hubblesite.org/gallery/

Algunas evidencias de la existencia de materia oscura:


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:


Colisiones de cúmulos de galaxias

NASA/CXC/M.Weiss Markevitch M. et al. 2004 21


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.

27

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.

29


• El universo a gran escala es homogéneo e isotrópico.

30


• 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.

31


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

32


• 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).

34


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.

35

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!

http://www.ukaff.ac.uk/starcluster/

• 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


38


• Las fusiones de galaxias es el factor que más altera el aspecto y la dinámica de una galaxia:

39


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.

40

¿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…

41

• Las galaxias nos cuentan la historia del Universo, pero…

43

¡No sabemos casi nada acerca del Universo!

44

¡Muchas gracias!

46

Apartes de a la Charla: "Historias contadas por Galaxias"-14 de Octubre de 2017

Science

Transcript of Apartes de a la Charla: "Historias contadas por Galaxias"-14 de Octubre de 2017