Morfologia e fotometria delle galassie

1. 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

2. 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

3. 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)

6. 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)

9. 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)

12. 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)

14. NGC 6369 NGC 5236 (M83)

15. 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)

18. 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

19. 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

20. 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

21. M87 (NGC 4486) E0

22. NGC 4596 SB0 NGC 3384 S0

23. M63 (NGC 5055) Sb NGC 1365 SBb

24. Sextans A Irr I M82 (NGC 3034) Irr II

25. 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)

26. M81

27. Lo spettro di una stella dipende dalla sua temperatura. Più una stella é calda, più la sua luce è blu. Lunghezza d’onda (nm)

28. M81 (NGC 3031) UV Ottico IR

29. 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)

30. Hubble: diagramma a diapason Irr I Irr II Ellittiche Lenticolari Spirali Irregolari

31. 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

33. 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

34. NGC 3245 S01 NGC 4111 S02 NGC 5866 S03

35. 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

36. Galassie “di taglio” (= molto inclinate) • Sa • Bulge molto prominente • Sc • Bulge poco prominente / assente

37. 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

39. NGC 1302 Sa NGC 2841 Sb NGC 628 Sc NGC 175 SBa NGC 1300 SBb NGC 7741 SBc

41. 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)

42. LMC Irr I M82 (NGC 3034) Irr II

43. 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

44. 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

47. molto luminose e massicce M=1014 M (M= 2 x1030 Kg) poco luminose e massicce M=107 M

49. 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)

50. 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, …)