Corso facoltativo Astronomia Galassie Christian Ferrari & Gianni Boffa Liceo di Locarno
Parte 3: Galassie La Via Lattea Classificazione delle galassie Ammassi e super-ammassi Formazione delle galassie Interazione tra galassie Galassie attive Materia oscura nelle galassie Astronomia: Galassie 2
La Via Lattea In una notte limpida e oscura è possibile vedere una striscia bianca che attraversa il firmamento: la Via Lattea (la nostra galassia) Astronomia: Galassie 3
La Via Lattea Solo nel Seicento si scoprì che la galassia è composta da miliardi di stelle Herschel fu il primo a comprendere che la Via Lattea ha una forma appiattita Astronomia: Galassie 4
The Milky Way panorama Astronomia: Galassie 5 http://www.eso.org/public/images/eso0932a/
N.B.: È solo un disegno, perché non è possibile vedere la Via Lattea dall'esterno Astronomia: Galassie 6
Classificazione delle galassie Le galassie sono insieme di stelle e ISM Classificazione (di Hubble) secondo l aspetto: Galassie a spirale (S) Galassie a spirale barrate (SB) Galassie ellittiche (E) Galassie irregolari (Irr) Astronomia: Galassie 7
Classificazione delle galassie Astronomia: Galassie 8
Classificazione delle galassie Galassie a spirale (S/SB) Disco sottile in rotazione formato di stelle blu (tipo OB) di recente creazione (pop. I) e ISM, disco frontalmente come insieme di braccia a spirale Bulge centrale di stelle vecchie (pop. II) Alone quasi-sferico di stelle vecchie (pop. II) attorno al disco, in buona parte concentrate in ammassi globulari Spesso buco nero supermassiccio al centro Astronomia: Galassie 9
Classificazione delle galassie S: bulge sferico o ellittico SB: bulge a forma di barra Sottoclassi a: poco gas e polvere b: media quantità c: grande quantità La barra non si sviluppa se la galassia è circondata da un alone massiccio di materia oscura Astronomia: Galassie 10
Classificazione delle galassie Astronomia: Galassie 11
Classificazione delle galassie Braccia a spirale Rotazione differenziale (la velocità di rotazione varia lungo il raggio, aumentando verso il centro) Non composte dalle stelle (winding problem) Densitywavetheory: braccia zone di compressione temporanea dell ISM (densità +10-20%) come un onda di densità che si sposta sul disco L onda di densità favorisce la formazione stellare, le stelle tipo OB finiscono il ciclo prima di uscire Astronomia: Galassie 12
Classificazione delle galassie Astronomia: Galassie 13
Classificazione delle galassie Galassie ellittiche (E) Assenza di ISM Composte di vecchie stelle giallo/rosse (pop. II) Grande intervallo di massa e dimensione Sottoclassi in funzione dell ellitticità Astronomia: Galassie 14
Classificazione delle galassie Galassie irregolari (Irr) Ricche di ISM con regioni HII Presenza di stelle blu (tipo OB) di recente formazione (pop. I) Sottoclassi: in funzione di indizi di strutture organizzate Astronomia: Galassie 15
Astronomia: Galassie A spiralgalaxyin Leo NGC 3521 16 http://www.eso.org/public/images/eso1129a/
Astronomia: Galassie Messier100 17 http://www.eso.org/public/images/potw1330a/
Mosaic of the Majestic Sombrero Galaxy Astronomia: Galassie 18 http://www.spacetelescope.org/images/opo0328a/
Spiral Galaxy NGC 4565 Astronomia: Galassie 19 http://www.eso.org/public/images/eso0525a/
Astronomia: Galassie The Andromeda Galaxy 20 http://www.eso.org/public/images/b07/
The Lost Galaxy: NGC 4535 Astronomia: Galassie 21 http://www.eso.org/public/images/potw1312a/
The beautiful barred spiral galaxy NGC 1300 Astronomia: Galassie 22 http://www.spacetelescope.org/images/opo0501a/
Giant Elliptical Galaxy NGC 1316 in Fornax Cluster Astronomia: Galassie 23 http://www.eso.org/public/images/eso0024a/
NGC 4660 in the Virgo cluster of galaxies Astronomia: Galassie 24 http://www.spacetelescope.org/images/heic0815b/
Barnard's Galaxy Astronomia: Galassie 25 http://www.eso.org/public/images/eso0938a/
Classificazione delle galassie Multiple choice (Galaxies 1) Astronomia: Galassie 26
Ammassi e super-ammassi Galassie raggruppate in ammassi (cluster) legate gravitazionalmente Ammassoricco o povero in funzione del numero di galassie, poveri ammassi sono detti gruppi Ammassi raggruppati in super-ammassi, non legati gravitazionalmente, che si allontanano gli uni dagli altri (espansione dell Universo flusso di Hubble) Astronomia: Galassie 27
Ammassi e super-ammassi Il gruppo locale faparte del super-ammasso della Vergine Astronomia: Galassie 28
The Milky Way and Magellanic Clouds Astronomia: Galassie 29 http://www.eso.org/public/images/carina-stockebrand/
The Fornax Cluster of Galaxies Astronomia: Galassie 30 http://www.eso.org/public/images/eso0949c/
Astronomia: Galassie The Coma GalaxyCluster 31 http://www.spacetelescope.org/images/heic0813a/
Ammassi e super-ammassi Astronomia: Galassie 32
Ammassi e super-ammassi Distribuzione dei super-ammassi lungo filamenti tra i quali vi sono enormi vuoti Filamenti e vuoti sono le strutture più grandi dell Universo e risalgono alla sua creazione dopo il Big Bang Su grandissime scale (oltre i 100 Mpc) la distribuzione della galassie sembra essere grossomodo uniforme Astronomia: Galassie 33
Ammassi e super-ammassi Astronomia: Galassie 34
Ammassi e super-ammassi Astronomia: Galassie 35
Astronomia: Galassie Hubble Ultra Deep Field 36 http://www.spacetelescope.org/images/heic0611b/
Formazione delle galassie «Metodologia»: tornare in dietro nel tempo equivale a guardare sempre più lontano! Oggetti più distanti che possiamo osservare: galassie giovani, nelle prime fasi della propria formazione Formazione bottom-up: fusione di oggetti piccoli per formare galassie Aggregato di unità subgalattiche: protogalassie Astronomia: Galassie 37
Formazione delle galassie Tasso di formazione stellare determina il tipo Tasso basso = basso consumo dell ISM, possibilità di formare un disco appiattito galassia S o SB Tasso alto = alto consumo dell ISM galassia E Astronomia: Galassie 38
Formazione delle galassie Astronomia: Galassie 39
Formazione delle galassie Due osservazioni: Protogalassie verosimilmente composte solo da idrogeno ed elio Solo con la conclusione del ciclo stellare appaiono gli elementi metallici Quindi se ne deduce che: Galassie E una sola formazione stelle di pop. II Galassie S/SB continua formazione nel disco stelle di pop. I (disco) e stelle di pop. II (bulge, alone) Astronomia: Galassie 40
Formazione delle galassie http://www.cscs.ch/newsroom/science/2011/milky_way_birth/ Astronomia: Galassie 41
Interazione tra galassie Interazione tra galassie Deformazione gravitazionale causata dal passaggio ravvicinato tra di esse Collisione vera e propria con interpenetrazione delle galassie Caso di collisione di galassie a spirale: Gli urti convertono la maggior parte del mezzo interstellare in nuove stelle Si ha la formazione di un unica galassia ellittica Astronomia: Galassie 42
Interazione tra galassie Se galassie piccole passano attraverso l esteso alone di una galassia ellittica gigante sono divorate dalla galassia più grande: cannibalismo galattico Potrebbe essere il motivo per il quale le giganti galassie ellittiche sono così enormi, esse occupano il centro di ricchi ammassi Gli incontri ravvicinati tra galassie forniscono anche un modo per formare braccia a spirale Astronomia: Galassie 43
Interazione tra galassie Collisione e fusione di due galassie con espulsione di stelle nello spazio Stelle nel disco = blu, stelle dei bulge = bianco, rosso = materia oscura che circonda ogni galassia Astronomia: Galassie 44
Interazione tra galassie http://www.nicolascretton.ch/astronomy/galaxies/galaxy_mergers/mice_long.mpg Astronomia: Galassie 45
Astronomia: Galassie A rose made of galaxies: a pair of interacting galaxies called Arp 273 46 http://www.spacetelescope.org/images/heic1107a/
Astronomia: Galassie UGC 8335 is a strongly interacting pair of spiral galaxies 47 http://www.spacetelescope.org/images/heic0810al/
Astronomia: Galassie Collision between two spiral galaxies, NGC 6050 and IC 1179 48 http://www.spacetelescope.org/images/heic0810ap/
Astronomia: Galassie The Tinker Bell Triplet 49 http://www.eso.org/public/images/eso0755a/
Interazione tra galassie http://www.youtube.com/watch?v=d-0gabq494e Astronomia: Galassie 50
Interazione tra galassie http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast55a/ Astronomia: Galassie 51
HUBBLE 15 YEARS OF DISCOVERY CHAPTER 5 Astronomia: Galassie 52
Galassie attive Galassie caratterizzate da: Emissioni elevatissime dalla zona centrale Lobi di materia espulsa perpendicolarmente al piano della galassia sono dette galassie attive e presentano un nucleo galattico attivo (AGN) Tipicamente galassie la cui luce arriva dallo spazio profondo, sono quindi giovani galassie Astronomia: Galassie 53
Galassie attive Sorgente di luce: Galassie «ordinarie»: stelle (spettro da IR a UV) Galassie attive: AGN (tutto lo spettro, spesso onde radio e raggi X) Spettri ottici delle galassie attive non spiegabili in termini di normali o eccezionali episodi di formazione stellare Diversi tipi di galassie attive e un modello unificato Astronomia: Galassie 54
Galassie attive Tipi di galassie attive: Galassie Seyfert Radiogalassie Quasar Blazar Quasar: forte redshift, grande distanza Astronomia: Galassie 55
Astronomia: Galassie Quasar 3C 273 56 http://www.spacetelescope.org/images/opo0303c/
Astronomia: Galassie Quasars and Their Host Galaxies 57 http://www.spacetelescope.org/images/opo9635a/
Astronomia: Galassie A Multi-Wavelength View of Radio Galaxy Hercules A 58 http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/47/image/b/
Astronomia: Galassie Close-up Look at a Jet near a Black Hole in Galaxy M87 59 http://www.spacetelescope.org/images/opo9943a/
Astronomia: Galassie Fireworks near Galaxy NGC 4151 60 http://www.spacetelescope.org/images/opo9718a/
Galassie attive Ipotesi di un buco nero super-massiccio (SMBH) al centro di un AGN con un disco di accrescimento Un buco nero centrale super-massiccio potrebbe essere la sorgente dell energia di un AGN: Quando il gas cade nel buco nero la sua energia gravitazionale è convertita in parte in radiazione e potrebbe produrre la stessa quantità di radiazione di quella osservata negli AGN Astronomia: Galassie 61
Galassie attive Quanto dovrebbe essere grande un buco nero per alimentare un AGN? Limite naturale alla luminosità emanata tramite l accrescimento su un oggetto compatto come un buco nero: limite di Eddington Se la luminosità supera, la pressione di radiazione spinge il gas verso l esterno Astronomia: Galassie 62
Galassie attive Stima della massa del buco nero Visione unificata delle galassie attive Un buco nero super-massiccio al centro Un disco di accrescimento tutto intorno Un anello di gas e polvere a forma di toro attorno al disco Astronomia: Galassie 63
Galassie attive Motore centrale composto da un buco nero circondato da un disco di accrescimento, se il buco nero ruota potrà emettere getti di elettroni relativistici dai poli corrispondenti all asse di rotazione Regione broadline region (BLR) di dimensioni inferiori a 0,01 pc, composta di nubi di gas caldo in moto molto veloce 10 4 km/s, di densità e temperatura abbastanza alte da generare le righe larghe osservate negli spettri degli AGN Astronomia: Galassie 64
Galassie attive Regione toroidale composta di polveri di dimensioni inferiori a 1 pc che circonda il motore centrale e la BLR, oscurandone l emissione su un grande angolo di vista Regione narrowline region (NLR) di dimensioni tipicamente di 100 pc composta di nubi calde, simile alla BLR ma con le nubi in moto più lento 10 3 km/s e di densità minore della BLR così da generare righe fini Astronomia: Galassie 65
Galassie attive Astronomia: Galassie 66
Galassie attive Modello unificato: Tutti gli AGN condividano alcune caratteristiche fondamentali Consente differenti schemi di radiazione con la premessa che l aspetto di un AGN dipende dal punto di vista dell osservatore Un AGN osservato di fronte mostrerà aspetti della sua regione centrale, in uno visto da lato queste caratteristiche saranno oscurate dal toro di polvere Astronomia: Galassie 67
Galassie attive Astronomia: Galassie 68
Astronomia: Galassie Dust Disk Fuels Black Hole in Giant Elliptical Galaxy NGC 4261 69 http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1992/27/image/b/warn/
Astronomia: Galassie A dust-bound supermassive black hole (Artist s impression) 70 http://www.spacetelescope.org/images/heic0409a/
Galassie attive http://www.eso.org/public/videos/eso1122a/ Astronomia: Galassie 71
HUBBLE 15 YEARS OF DISCOVERY CHAPTER 6 Astronomia: Galassie 72
Materia oscura nelle galassie 1933 Zwicky: ammasso di Coma 400 volte di più della massa visibile Astronomia: Galassie 73
Materia oscura nelle galassie Ripartizione della massa nelle galassie a spirale via l osservazione della radiazione massa visibile o materia visibile Stima della massa visibile: grazie alla tipica distribuzione delle stelle in HR relazione massa visibile M V luminosità L (in media per ottenere ) Il coefficiente dipende dal tipo Sa, Sb o Sc Astronomia: Galassie 74
Materia oscura nelle galassie Analisi degli effetti gravitazionali, scoperta di massa non necessariamente visibile massa oscura o materia oscura Terza legge di Keplero (relazione massa periodo) a = semi-asse maggiore P = periodo G = cost. di gravitazione universale Osservazione del moto di una stella in periferia derivazione della massa all interno dell orbita Astronomia: Galassie 75
Materia oscura nelle galassie Curve di rotazione Moto circolare r = raggio v = velocità Luminosità per unità di superficie e densità superficiale di materia visibile Velocità in funzione del raggio R v = raggio caratteristico della materia visibile Astronomia: Galassie 76
Materia oscura nelle galassie A: previsione teorica basata sulla materia visibile B: osservazione Astronomia: Galassie 77
Materia oscura nelle galassie Rubin (1967) Astronomia: Galassie 78
Materia oscura nelle galassie Astronomia: Galassie 79
Materia oscura nelle galassie Dai dati sperimentali: Necessità di forza di gravità supplementare per mantenere legate le parti esterne che hanno una velocità molto maggiore di quello previsto Quindi necessità di materia oltre quella visibile materia oscura che genera la gravità suppl. Velocità di rotazione costante Densità che decresce come (sim. sferica) Non si conosce ancora il limite della galassia Astronomia: Galassie 80
Materia oscura nelle galassie «Nuova» visione delle galassie a spirale: Descrizione «classica» secondo la massa visibile Alone sferico di materia oscura La materia oscura rappresenta la maggioranza della materia della galassia Cosa è la materia oscura? Deboli stelle rosse di piccola massa (HST NO) Particelle esotiche? Per ora solo ipotesi!!! WIMP (Weakly Interactive Massive Particle), assioni Astronomia: Galassie 81
Artist s impression of the expected dark matter distribution around the Milky Way http://www.eso.org/public/images/eso1217a/ Astronomia: Galassie 82
Hubble maps dark matter web in a large galaxy cluster Astronomia: Galassie 83 http://www.spacetelescope.org/images/heic0802a/
Materia oscura nelle galassie http://www.eso.org/public/videos/eso1120a/ Astronomia: Galassie 84
Materia oscura nelle galassie Altra evidenza della materia oscura: Lente gravitazionale: distorsione della luce Deviazione proporzionale alla massa Astronomia: Galassie 85
Materia oscura nelle galassie Astronomia: Galassie 86
Astronomia: Galassie Gravitational lensing in the galaxy cluster Abell 370 87 http://www.spacetelescope.org/images/heic0910b/
HUBBLE 15 YEARS OF DISCOVERY CHAPTER 7 Astronomia: Galassie 88
Altri aspetti delle galassie Multiple choice (Galaxies 2) Astronomia: Galassie 89