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1
Tópicos em Física Geral I - 2012 Profa. Responsável: Sandra Amato
Galáxias – Laboratórios para estudo da Física Marcio A. G. Maia
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Começando com um pouco de História ... Astrônomo – Profissão Perigo
Tampa de caixão de um Faraó egípcio mostrando dois astrônomos assistentes (2000-1500 AC). Hieróglifos listam estrelas, cujo nascer indica o início de cada hora da noite.
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3
Astrologia X Astronomia
Qual a diferença entre elas ? Física e Matemática, muuuiiiiita Física e
Matemática !!!!
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4
Aprendendo Física de maneira arriscada
O GLOBO de 18/maio/2005
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8
Aristóteles (350 A.C.) Refina modelo de Eudoxus no qual a Terra seria o centro do Universo, com o Sol, planetas e as estrelas girando em torno dela, fixadas em esferas cristalinas.
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9
Demócrito (~400 A.C.)
Atribui a estrelas não resolvidas, o brilho da banda luminosa cortando o céu noturno. Mais tarde viria a ser chamada de Via Láctea.
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Aristarco de Samos (~250 A.C.)
Foi o primeiro a propor o sistema Heliocêntrico.
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Nicolau Copérnico (1543)
Em seu livro De Revolutionibus apresenta a teoria Heliocêntrica.
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Galileo Galilei (1610)
Utilizando uma luneta, por ele (re)inventada, confirma que a Via Láctea é formada por estrelas. Além disso, vê satélites de Júpiter o que reforça a teoria heliocêntrica.
“A Galáxia não é nada mais do que uma massa de inumeráveis estrelas plantadas juntas em aglomerações. Para qualquer parte que você dirija o telescópio, imediatamente uma vasta multidão de estrelas apresenta-se a vista.” Galileo (1610)
Eppur si muove !
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13
Compilou o Catalogue des nébuleuses et des amas d'étoiles que l'on découvre parmi les étoiles fixes, sur l'horizon de Paris. Nele estão as primeiras referências a aglomerados de galáxias. Messier listou 103 nebulæ, 30 das quais são galáxias.
Charles Messier (1784)
M101 M1
Nebulosa do Caranguejo Galáxia do “Cata-vento”
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Suas descobertas com o telescópio construído por ele mesmo, fizeram com que o rei da Inglaterra financiasse a construção do maior telescópio da época, com 1.47m de abertura. Em 1785 ele publicou On the Construction of the Heavens, no qual sugeriu que “o sistema sideral que habitamos” é uma nebulosa comum em aparência a muitas outras, as quais por sua vez, devem ser externas à nossa.
Wilhelm Herschel (1785)
Descrição de Herschel para a Via Láctea
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William Parsons (Lorde Rosse) 1845
Constrói um telescópio de 1.80m de diâmetro e descobre que algumas nebulosas possuíam formato espiralado.
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Desenhos de Parsons mostrando que algumas “nebulosas” apresentam uma estrutura espiral.
M51
M101
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Henrietta Leavitt (1912)
Descobre para a classe de estrelas chamadas de Cefeidas, uma relação entre o período de variação de seu brilho e sua luminosidade intrínseca. Com isso, é possível medir-se distâncias dentro e fora de nossa galáxia.
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Herber G. Curtis & Harlow Shapley
Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica das galáxias. Curtis defendia a idéia de que elas eram exteriores a Via Láctea, enquanto Shapley advogava a idéia de elas serem objetos internos de nossa galáxia. Neste debate, nenhum saiu vitorioso, e os detalhes das idéias advogadas pelos dois estavam incorretos. Somente mais tarde foi possível estabelecer a natureza extragaláctica destas “nebulosas”. Curtis tenta difundir o nome Universos-Ilhas para galáxias.
No site abaixo está a transcrição do Grande Debate http://antwrp.gsfc.nasa.gov/htmltest/gifcity/cs_nrc.html
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Edwin Hubble (1923-1929)
Consegue determinar a distância de uma “nebulosa” na constelação de Andrômeda, usando, para isso, uma estrela cefeida (1923). Estava demonstrado que elas tinham natureza extragaláctica.
Observando mais galáxias, e adicionando os dados de Slipher, Hubble concluiu que: elas se afastam mais rapidamente quanto mais longe estão (1929). H0 ~ 70 km/s/Mpc
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20
Desvio para o vermelho - REDSHIFT - z O fato de galáxias estarem “ancoradas” ao Universo, o qual se apresenta em expansão, faz com que vejamos a maioria das galáxias se afastando de nós. Esta velocidade de afastamento (positiva) é dada pela “constante” de Hubble – H0. O redshift é dado pela expressão:
A velocidade de recessão de uma galáxia é dada por:
cz=v
A sua distância é obtida através de:
Mpc)( v
0HD =
1/v1/v1/ −
−+
==ccz λδλ
1)1(1)1(v
2
2
++−+
=zz
c Para baixos z
16 200 293 520 813
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Desvio para o vermelho - REDSHIFT - z
100 Mpc 100 Mpc 100 Mpc 100 Mpc
0 km/s
0 km/s
7500 km/s 100 Mpc
15000 km/s 200 Mpc
7500 km/s 100 Mpc
15000 km/s 200 Mpc
7500 km/s 100 Mpc
15000 km/s 200 Mpc
22500 km/s 300 Mpc
7500 km/s 100 Mpc
0 km/s 7500 km/s 100 Mpc
15000 km/s 200 Mpc
22500 km/s 300 Mpc
30000 km/s 400 Mpc
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Diagrama de Hubble
Irr
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Via Láctea - a nossa galáxia
Galáxia de Andrômeda, bastante similar à nossa
Desenho esquemático da Via Láctea
1 kpc = 1000 pc = 3300 a.l.
[-------- ~ 100.000 anos luz ---------]
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Galáxias Elípticas
M87 - NGC 4486 - Virgo
Galáxia elíptica gigante situada no centro de um aglomerado de galáxias. Ela é 40 vezes mais massiva do que a nossa galáxia.
0 ------------ O que parecem ser estrelas, são na verdade aglomerados
globulares.
Elipticidade E0 - E7
N = 10 x (1-b/a)
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Galáxias Espirais
NGC 2903 SBd
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Galáxias Irregulares
UGC 6456 – Galáxia Irregular anã (cores reais)
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Galáxias Peculiares
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28
Estruturas de uma Galáxia Espiral
Barra
Bojo
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29
Resumo das Propriedades Básicas das Galáxias
Propriedade Espirais Elípticas Irregulares Forma e Disco achatado de Sem disco, com es- Sem estrutura. estrutura gás e estrelas, braços trelas distribuídas Algumas com espirais, bojo e halo. em um elipsóide. aparência explosiva
Conteúdo de Disco: jovens e velhas. Só estrelas Velhas e novas. estrelas Halo: só velhas. velhas.
Gás e poeira Disco: muito. Pouco ou Muito Halo: pouco. nenhum.
Formação Ainda produzindo Insignificante Grande estelar
Movimento Gás e estrelas no disco: Órbitas Estrelas e gás estelar órbitas circulares; aleatórias. têm órbitas no bojo: mov. aleatório. irregulares.
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30
Voltando a falar sobre galáxias:
Massa
Luminosidade
Estrelas
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31
Como as galáxias se sustentam sem desabarem sobre si mesmas sob a força de sua gravidade ?
Espirais: Por rotação (momento angular) do disco. Elípticas: Por movimentos aleatórios (dispersão de velocidades).
Movimentos aleatórios pequenos na nuvem protogaláctica ---> Galáxia Espiral
Movimentos aleatórios grandes na nuvem protogaláctica ---> Galáxia Elíptica
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32
Teoria de ondas de densidade
Órbita aproximadamente circular do material
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33
Esquema de uma onda de densidade
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34
Esquema de onda de densidade
Poeira entrando no braço
Região do braço espiral com pico de
formação estelar
Região de estrelas mais
velhas
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35
Teoria de ondas de densidade (linhas gerais)
Nós vemos o padrão espiral como o resultado de uma atividade de formação de estrelas mais acentuada naquela região. As regiões entre os braços, são praticamente tão densas quanto as dos braços. O que acontece é que nas partes mais visíveis (onde temos estrelas se formando), está ocorrendo uma ligeira compressão no gás produzida por uma “perturbação” denominada onda de densidade. Esta compressão é que desencadeia a formação de estrelas. Vários fatores poderiam induzir estas ondas de densidade, entre elas: a instabilidade do gás nas proximidades do bojo; efeitos gravitacionais de galáxias satélites; assimetria do bojo.
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36
Teoria de ondas de densidade Os braços espirais não devem se vistos como um conjunto de estrelas, gás e poeira movendo-se rígido pelo disco da galáxia, e sim como o resultado de uma onda de compressão e rarefação que no momento está varrendo aquela parte da galáxia, e tornando a região levemente mais densa que a média. Uma visão familiar de uma destas ondas, pode ser obtida com auxílio da figura abaixo, que mostra um corriqueiro engarrafamento de trânsito. Um bloqueio em parte da rodovia, produz um acúmulo de veículos, por redução da velocidade dos mesmos. Um observador fora da rodovia, vê carros diferentes a cada momento, movendo-se mais lentamente no local do engarrafamento, e depois acelerando. No braço da galáxia, ocorre algo similar, estrelas e gás entram no mesmo, diminuindo sua velocidade, e aumentando a densidade na região. A onda se move mais lentamente e independentemente do fluxo de material do disco da galáxia.
Na analogia do trânsito, teríamos que, mesmo liberando o bloqueio, após o conserto da rodovia, persistiriam os efeitos do engarrafamento por algum tempo. Na galáxia também a perturbação se move pelo disco, mesmo depois que a sua causa tenha desapa-recido.
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37
‘Pesando’ a Galáxia As galáxias não rotam como um corpo rígido. Usando a terceira lei de Kepler que relaciona a massa, período e tamanho das órbitas, podemos fazer uma estimativa da massa da nossa galáxia interior à órbita do Sol:
Massa total = (semi-eixo maior) 3 / (período) 2
mVR
GMmR
M RVG
2
2
2
= → = V GMR
=
Força centrípeta = Força gravitacional
MGaláxia ~ 1011 MSol
![Page 38: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/38.jpg)
38
A “brilhante” idéia da Matéria Escura Para explicar a curva de rotação observada, que contraria a tendência de queda da velocidade de rotação nas suas partes externas, foi sugerida a existência de matéria além dos limites observáveis da galáxia.
Representação da distribuição de
matéria escura em torno de uma galáxia
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39
A “brilhante” idéia da Matéria Escura
No início do Universo, as matérias escura e bariônica estavam homogeneamente distribuídas. Pequenas flutuações de densidade na distribuição de matéria escura fizeram com que esta produzisse certas concentrações deste material. Mais tarde quando o Universo estava mais frio, a matéria bariônica começou a ser puxada para estes poços de potenciais.
![Page 40: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Candidatos a Matéria Escura
![Page 41: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Candidatos a Matéria Escura
Matéria Ordinária - Gás e poeira (matéria visível composta de 75% de Hidrogênio) - MACHOS (Massive Halo Compact Objetcs, Planetas, anãs marrons,…)
A quantidade de matéria escura é 10 vezes maior do que a de matéria convencional (bariônica).
Matéria/Teoria Exótica - Neutrinos - WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles) - Mudança da Gravidade
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42
![Page 43: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/43.jpg)
43
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44
Luminosidades e Cores de galáxias
A cor e a luminosidade das galáxias normais é o resultado da soma da luz proveniente de suas estrelas constituintes. Uma conexão pode ser estabelecida entre o tipo morfológico da galáxia e sua população estelar dominante. Galáxias Irregulares possuem predominantemente estrelas de População I. Espirais possuem tanto estrelas de Pop I como de Pop II, seguindo uma seqüência crescente de aumento de luz proveniente de Pop II dos tipos Sc para os Sa.
Lembrando Pop I – População jovem, estrelas azuis, ricas em elementos pesados. Pop II – População velha, estrelas vermelhas, ricas em H e He.
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45
Irr
dE
S0
E
gE
Sa
Sb
Sc
Lum
inos
idad
e da
Pop
I
----
->
Luminosidade da Pop II ----->
Diferentes tipos morfológicos de galáxias representadas em termos de luminosidades derivadas de suas populações estelares.
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46
Espirais Elípticas Irregulares Massa (MSol) 109 - 1012 106 - 1013 108 - 1011
Luminosidade (LSol) 108 - 10 11 106 - 1011 108 - 1011
M/L 2 - 10 5 - 30 1 - 3
Diâmetro (kpc) 5 - 50 1 - 200 1 - 10
Populações estelares
Velha no Halo e Bojo Jovem no Disco
Velha Jovem e Intermediária
Tipo espectral composto
A (Sc) até K (Sa) G até K A até F
Material interestelar
Gás e poeira no Disco Pouca quantidade de gás e poeira
Muito gás; alguma poeira
Ambiente em grande escala
Em grupos, regiões de baixa densidade de
galáxias
Aglomerados ricos Regiões de baixa densidade de galáxias
Quadro com propriedades gerais de galáxias
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47
Como se parecem as galáxias “vistas”
espectroscopicamente ?
Espectros contendo linhas do Hidrogênio em
absorção e emissão
Exemplos de espectros de estrelas
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48
Curvas de corpo negro para diferentes temperaturas. Este conjunto permite visualizar o intervalo de comprimentos de onda que uma determinada estrela emite predominantemente. Isto é feito usando-se a Temperatura efetiva da estrela.
Ex.: O5 --> Teff 40.000K G5 --> Teff 5.500K M5 --> Teff 2.500K
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49
Como se parecem as galáxias “vistas”
espectroscopicamente ?
Os espectros das galáxias é o resultado da soma da luz individual de
suas estrelas (~50 bilhões), mais nuvens moleculares e regiões com formação estelar.
Espectros para galáxias representativas de
diferentes tipos morfológicos.
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50
Como se parecem as galáxias vistas espectroscopicamente ? (aspectos típicos dos espectros)
Linhas de absorção
Linhas de emissão Contínuo
Linhas de absorção: necessitam de metais nas atmosferas estelares ou de gás frio no meio interestelar. Implica na existência de populações estelares velhas. Estão presentes em elípticas e bojos de espirais. Linhas de emissão: requerem gás quente ou estrelas dos tipos O e B. Implica em estrelas recém formadas ou em formação. São produzidas em discos de espirais e em galáxias Irregulares.
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51
Endereços famosos (linhas) Alguns comprimentos de onda de características típicas (features) nos espectros são importantes para o estudo de determinadas propriedades, pois estão relacionados com processos físicos bem estabelecidos. Eles permitem o diagnóstico das propriedades físicas da região proveniente tais como temperaturas, densidades, composição química, etc.
![Page 52: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Formação estelar em galáxias A formação de estrelas em uma galáxia está relacionada com: 1- as condições iniciais de sua formação; 2- a evolução que a mesma sofre após sua formação; 3- tem que haver disponibilidade de gás e poeira frios.
As galáxias elípticas tiveram a produção de estrelas em um grande surto, que foi interrompido após exaurirem seu “combustível” (o gás do meio interestelar).
As galáxias espirais, possuidoras de um momento angular importante, conseguiram suportar o colapso rápido do material da protogaláxia. Após a formação de um Bojo, o restante do material tende a se depositar ao longo do disco, e ao resfriar-se possibilita a formação de estrelas. Este ciclo é bem mais longo que o das elípticas.
Um outro fator importante, é o meio ambiente em que a galáxia reside. Este pode afetar favorável ou desfavoravelmente. Ex: Interações entre galáxias tendem a induzir a formação de estrelas. Galáxias em aglomerados tem seu gás arrancado pelo meio intergaláctico, inibindo-a.
![Page 53: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/53.jpg)
53
Formação estelar em galáxias (cont.)
De uma forma geral podemos esquematizar a formação estelar em galáxias, conforme o diagrama abaixo:
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54
Formação estelar em galáxias (cont.)
0 5 10 15 Tempo ( 109 anos )
Taxa
de
form
ação
est
elar
rela
tiva
E Sa
Sb Sc
Irr
A taxa de formação estelar qualitativamente representada acima, mostra sua variação ao longo do tempo desde a formação do Universo até os dias de hoje. Existe uma forte dependência desta com o tipo morfológico.
![Page 55: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/55.jpg)
55
Formação estelar em galáxias (cont.)
Estimativa da SFR através da medida da intensidade da linha Hα. A intensidade é
proporcional a área do perfil.
Hα
Espectro da galáxia N92 expresso em unidades
relativas de fluxo
NII
SSRS Database
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56
Galáxias Peculiares
Antennae
Galáxias peculiares são aquelas que não se
enquadram nos padrões normais da classificação morfológica de Hubble. Elas estão normalmente
em algum estágio de interação com uma
companheira.
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57
Detalhes da Antennae Núcleos das galáxias que estão colidindo
Regiões de intensa formação estelar Poeira
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58
Como funcionam as forças de maré ?
[---- r ----]
2RGMmFmassas = 3R
GMmr F maré ∝
2
2
)(
)(
rRGMmF
rRGMmF
longe
perto
+=
−=
[------------- R --------------]
As forças de maré atuam como uma tensão interna à galáxia, podendo até levar a ruptura desta, se a companheira que estiver produzindo as forças for muito massuda.
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59
Estamos livres do perigo ????
Andrômeda x Galáxia
Esta simulação mostra os efeitos da colisão entre a Via Láctea e Andrômeda. A fusão das duas deve ocorrer daqui a 5 bilhões de anos. No processo as órbitas das estrelas serão rearranjadas e no final, deveremos ter um objeto de forma esferoidal. Não se espera colisões de estrelas devido as grandes separações entre estas.
4
1 2 3
5 6
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60
Galáxias Peculiares … Roda de Carreta
Galáxia que foi atravessada por outra bem menor, possivelmente uma das duas que estão à direita, produzindo um surto de formação estelar pela perturbação no gás/poeira do meio interestelar.
![Page 61: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Radiogaláxias
Centaurus A (óptico) Centaurus A (rádio)
Radiogaláxias: São aquelas que apresentam forte emissão em rádio, sendo apenas 1% de todas as galáxias (e 10% dos AGNs).
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62
Um Raio-X de Centaurus A Utilizando cores falsas para representar distintas faixas
do espectro eletromagnético, é possível combinar as observações de
vários instrumentos e em diferentes bandas
espectrais para se criar uma imagem composta mostrando como seria “vista” a galáxia Centaurus A em uma ampla faixa de freqüências. Os
mecanismos que produzem a emissão em cada um destes
intervalos são distintos.
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63
Radiogaláxias (cont.)
Hot spot
Lóbulos
Jato
Núcleo
São galáxias com intenso brilho em rádio, apresentando um núcleo brilhante e pontual no visível. Existem duas classes de radiogaláxias, classificadas de acordo com a largura das linhas de emissão de seu espectro óptico: Broad-line radio galaxies (BLRG) - encontram-se em galáxias tipo N (núcleo brilhante) circundadas por um envelope muito fraco; Narrow-line radio galaxies (NLRG) – são gigantes elípticas (cD, D e E). Exemplo desta categoria é Cygnus A, mostrada abaixo.
Cygnus A
Imagem no óptico
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64
Galáxias com Núcleo Ativo – AGNs* Estão incluídos nesta categoria: Galáxias
Seyfert, Radiogaláxias, Quasares e Blazares.
Centaurus A
* Active Galactic Nuclei
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65
Na tentativa de se examinar se algumas das “nebulosas espirais” seriam similares às nebulosas distribuídas dentro de nossa Galáxia ...
= ?
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66
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67
BLR (~0.1 pc) BH+Disco (<10-3 pc)
Toro de Poeira (~10 pc)
NLR (~1 kpc)
Jato Rádio (~1 Mpc)
î Sey-1
Modelo Unificado para os AGNs
<-- Sey-2
Blazar Desenho não está
em escala real
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68
Espectro óptico de Sey-1
Hγ Hβ Hα ⇩ ⇩ ⇩
As linhas de emissão permitidas apresentam larguras de 1000-5000 km/s, enquanto as proibidas são da ordem de 500 km/s.
![Page 69: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/69.jpg)
69
Espectro óptico de Sey-2
[OIII] [OI][NII][SII] ⇩⇩ ⇩ ⇩⇩ ⇩
Tanto as linhas permitidas como as proibidas apresentam larguras da ordem de 500 km/s.
![Page 70: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/70.jpg)
70
A fonte de energia destes objetos O modelo unificado dos AGNs ---> Disco de Acresção + Buraco Negro
Para gerar toda a energia que é medida nestes AGNs, estima-se que a quantidade de matéria a ser acretada pelo BN é da ordem de 1-10 MSol por ano.
Jato de partículas velozes
Linhas de campo magnético
Disco de acréscimo
Buraco negro
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71
Como isto funciona dentro de uma galáxia ?
Filme do AGN
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72
Buracos Negros
Raio de Schwarzschild
Energ. Potencial Gravit. = Energ. Cinética GMm/R = mv2/2 ≈ mc2/2
RS (km) ~ 3 x M (Msol)
RS Terra ~ 1 cm RS BNSM ~ 1 UA
![Page 73: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/73.jpg)
73
![Page 74: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/74.jpg)
74
Existem evidências da existência de um Buraco Negro Supermassivo ?
As grandes veloci-dades medidas nas duas regiões observadas, podem ser explicadas se houver a presença de um objeto muito massivo (e relativa-mente compacto) no núcleo da galáxia de forma a manter o material em órbitas com tamanhas velocidades.
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75
Evidência da existência de um Buraco Negro Supermassivo (ou pelo menos das vizinhanças dele).
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76
A Galáxia tem um Buraco Negro em seu centro !
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Distribuição de Galáxias e de Matéria no Universo
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78
Inventário da matéria visível do universo
![Page 79: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/79.jpg)
79
Inventário da matéria e energia do universo
![Page 80: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/80.jpg)
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Aglomerados de Galáxias
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81
Aglomerados de Galáxias A maioria das galáxias estão em associações que envolvem desde alguns poucos membros até milhares destes. Os aglomerados são excelentes laboratórios para estudo de formação e evolução de galáxias, além de ter sido encontrado neles, a primeira evidência de matéria escura. São bom traçadores da estrutura em grande escala.
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Aglomeração de galáxias - Grupos Grupos pobres ( < 20 galáxias )
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83
Aglomerado de Hydra
( 30 - 1000 galáxias ) Aglomeração de Galáxias - Aglomerados
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Aglomerado Abell 1689
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Meio Intra-aglomerado Aglomerados possuem um meio gasoso permeando a sua distribuição de galáxias. Normalmente este gás é quente e emite em raios-x, sendo observações nesta faixa, importantes para determinações de sua quantidade, distribuição, temperatura e composição química.
Aglomerado de Coma visto pelo Chandra Aglomerado de Centaurus visto pelo Chandra
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86
Emissão de Raios-X em Aglomerados
Comparando ... Variáveis cataclísmicas LX ~ 1032-1038 ergs/s Via Láctea, M31 LX ~ 1039 ergs/s Aglomerados de galáxias LX ~ 1043-1045 ergs/s Aglomerados no óptico Lopt ~ 1045 ergs/s
Causa ... Gás quente (107-108 K) de baixa densidade (10-3 cm-3), constituído principalmente de hidrogênio e hélio, permeando as galáxias. A estas temperaturas o gás está totalmente ionizado.
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Esta ilustração “artística” mostra como o gás no interior de um aglomerado de galáxias removeria parte do material de uma de suas galáxias.
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88
Formação e evolução de um aglomerado de galáxias, mostrando as diversas componentes de
matéria do mesmo.
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Lentes Gravitacionais
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Telescópios naturais = Lentes gravitacionais A teoria geral da relatividade prediz que a massa pode curvar raios de luz, produzindo imagens múltiplas e imagens amplificadas. Este fenômeno é chamado de lente gravitacional. O estudo de efeitos de lente gravitacional produzido por aglomerados de galáxias nos permite estimar a massa destes aglomerados, além de possibilitar detecção de galáxias distantes.
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Lentes Gravitacionais – exemplo ilustrativo Como enxergaríamos este prédio, se colocássemos
em sua frente um BN com a massa de Júpiter ?
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Lentes Gravitacionais – exemplo ilustrativo
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Lentes Gravitacionais - (cont.)
Esquema do efeito de lente produzido por um aglomerado
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Lentes Gravitacionais - exemplo
Imagem de galáxias de fundo distorcidas pela
lente.
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Estrutura em Grande Escala
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Estrutura em grande escala do Universo A distribuição de matéria em grande escala é mapeada pela distribuição das galáxias. Estas podem se apresentar isoladas, em grupos ou aglomerados. Aglomerações de mais alta ordem (aglomerados de aglomerados), denominados superaglomerados, formam as maiores estruturas encontradas no Universo. Entre os aglomerados encontramos grandes regiões praticamente despovoadas de galáxias. São os chamados voids (vazios). Os aglomerados podem estar conectados uns aos outros por estruturas filamentares de galáxias.
Diagrama em cunha que mostra a distribuição de galáxias em uma fatia estreita do céu, revelando a maneira como elas se distribuem no Universo Local.
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Superaglomerados de galáxias
Estas são as maiores estruturas visíveis no Universo, fazendo parte da distribuição de galáxias em grande escala. São constituídos por filamentos, paredes, aglomerados de galáxias, galáxias esparsas. Eles parecem circundar os voids, que são regiões de baixa densidade de galáxias, produzindo a característica estrutura “celular” observada.
Os superaglomerados - SC são costumeiramente identificados pelos aglomerados ricos que os constituem, como os picos mais altos de uma cadeia de montanhas.
Ciência Hoje vol. 225
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Distribuição de superaglomerados no Universo Local
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99
Superaglomerado Local
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100
![Page 101: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/101.jpg)
101
O Universo em expansão acelerada
Através de observações de supernovas Ia, constatou-se que o universo está se expandindo de forma acelerada. Não se sabe o que causa esta aceleração, atribuindo-se o nome de energia escura.
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102
Tamanho do Universo
Porque vivemos numa época “especial” quando matéria e energia escura são comparáveis?
tempo
radiação matéria
Energia escura
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103
O que estamos fazendo para entender a energia escura ?
Junte-se a nós !!
www.linea.gov.br
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104
Testes da História da Expansão Cósmica:
Supernovas
Lenteamento Gravitacional Fraco
Distribuição de Galáxias em Grande Escala
Aglomerados de Galáxias
![Page 105: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/105.jpg)
105
Simulando universos Matéria <-- Escura Bariônica -->
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Um passeio pelo Universo Local
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107
Bibliografia Astronomia e Astrofísica – Kepler S.O. Filho & Maria de Fátima O. Saraiva – aquivo .pdf no site http://astro.if.ufrgs.br An Introduction to Modern Astrophysics – B.W. Carrol & D.A. Ostlie – Addison-Wesley Publishing Company, Inc – 1996. Galaxies and Galactic Structure – D. M. Elmegreen – Prentice Hall – 1998. Novas Janelas para o Universo – M.C. Abdalla & T. Villela Neto – Editora UNESP 2005. Fundamental Astronomy – H. Karttunen et al. – Springer Verlag – 1996. Astronomy Today – E. Chaison & S. McMillan – Prentice Hall - 1999. As Fornalhas do Universo – M.E.G. dal Pino & V. Jatenco-Pereira – Ciência Hoje vol. 27, n. 360, pag. 30. Introdução à Cosmologia – R.E. de Souza – Editora EDUSP 2004. Superaglomerados de Galáxias – M.A.G. Maia – Revista Ciência Hoje vol. 38, n. 225, pag. 32.
![Page 108: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/108.jpg)
108
Sites http://staff.on.br/maia/ - Site contendo esta apresentação e algumas outras que talvez possam ter interesse. http://www.stsci.edu - Telescópio espacial Hubble http://astro.princeton.edu/~frei/galaxy_catalog.html - Catálogo de imagens de galáxias nos filtros Azul e Vermelho.
e-mail: [email protected]
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Unidade astronômica -> a.u. = 1.5 x 108 km (distância média Terra-Sol)
Ano luz --------------> a.l. = 9.5 x 1012 km ~ 1013 km Parsec ----------------> pc = 3.0 x 1013 km ~ 3.26 a.l. Velocidade da luz -----> c = 3.0 x 105 km/s Massa da Terra ------> MTerra= 5.9 x 1024 kg Raio da Terra ---------> RTerra = 6378 km Massa do Sol --------> MSol = 2.0 x 1030 kg Raio do Sol ----------> RSol = 7.0 x 105 km Massa do Próton ------> mp = 1.7 x 10-27 kg Massa do Elétron -----> me = 9.1 x 10-31 kg 10-2 = 0.01 102 = 100 kilo = k = 103
10-1 = 0.1 101 = 10 mega = M = 106 100 = 1 giga = G = 109
Tabela de constantes
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Slides Extras
110
![Page 111: Galáxiasstaff.on.br/maia/galaxias_if_2012.pdf · 2012. 4. 24. · Em 1920 um grande debate foi estabelecido entre Herber Curtis e Harlow Shapley a respeito da natureza extragaláctica](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022060715/607b6ede9d759168a127dd8b/html5/thumbnails/111.jpg)
111
Galáxias Espirais
NGC 4945 Sc
<---------- ??? Faixa de poeira ------>
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112
Galáxias Irregulares Grande Nuvem de Magalhães
Pequena Nuvem de Magalhães
47 Tuc
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113
Galáxias Espirais
NGC 3627 Sb
<----- ???
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Animação mostrando a evolução de Antennae
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Como se formou a galáxia Centaurus A
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Um Raio-X de Centaurus A
Raios-x
Rádio contínuo (21cm)
Rádio HI (21cm)
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Jato observado no óptico emitido pela galáxia Circinus
A figura mostra de maneira aproximada um cone representando jato que foi observado pelo telescópio Hubble.
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Galáxias cD
Este é, talvez, o caso mais drástico de um efeito do meio ambiente. No centro de aglomerados massivos costumam residir galáxias chamadas de cD, resultado de numerosos processos de aglutinação. Chegam a possuir dimensões de até 1 Mpc, e MB~ -22 a -25. Suas massas estão entre 1013-1014 Msol. Outra característica é a presença de uma região central de alto brilho superficial e um extenso envelope difuso.
NGC 1399
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Visível Visível: Cor Visível
MIR 8.3 microns MIR IRAS FIR ISO
Raios-x ROSAT UV ASTRO-1 UIT Rádio Effelsberg
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Raios-x + Radio
Imagem em raios-x do satélite Einstein, sobreposta a imagem radio em 21cm do VLA mostrando que onde a concentração de gás é maior. Os discos das galáxias espirais estão truncados na região central do aglomerado.
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Formação estelar em galáxias (cont.) Estimativa da SFR pode ser feita através da medida do fluxo na linha de 21 cm, como o mostrado no espectro rádio da galáxia UGC 4884, obtido com o radiotelescópio de Arecibo.
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Mas no dia-a-dia do astrônomo, as coisas não são tão coloridas ...
Aglomerado Abell 2538 Imagem digitalizada - DSS