ALO-T19-Galaxias e o Universo-B

(1)

(2)

(3)

A figura mostra uma vista da parte

central, a região indicada pelo retângulo. “Manchas” com estrelas entre matéria estelar (Chaisson & Mcmillan).

(4)

Unidades de Distância km u.a. al Unidade Astronômica (u.a.) 1,496 x 108

Ano Luz (al) 9,461 x 1012 63239,7

Parsec (pc) 3,086 x 1013 206264,8 3,262

Distâncias

• Unidades de distância empregadas em Astronomia

# Unidade Astronômica (u.a)= Distância média da Terra ao Sol.

Empregada em medidas de distância para objetos do Sistema Solar. # Ano Luz (al) = Distância percorrida pela luz em um ano.

Empregada para distâncias estelares ou de galáxias. Usada em textos populares sobre Astronomia.

# Parsec (pc) = Distância equivalente a paralaxe de 1 segundo de arco. Empregada para distâncias estelares ou de galáxias. Usada pelos astrônomos.

(5)

Lembremos:

A circunferência tem 360º (360 graus),

cada grau tem 60' (60 minutos de arco),

cada minuto tem 60'' (sessenta segundos

de arco).

Parsec = Paralax in arc seconds K = 10K = 103 3 _{, M = 10}_{, M = 10}66_{, G= 10}_{, G= 10}99

(6)

Parsec (pc)

Um parsec é a distância de um objeto tal, que um observador

nesse objeto veria o raio da órbita da Terra com um tamanho

angular de 1 segundo de arco, ou, em outras

palavras, é a distância de um objeto que apresenta paralaxe heliocêntrica de 1 segundo de arco

(7)

Paralaxe

-

O “fundo” é formado pelas

_{O “fundo” é formado pelas}

estrelas “fixas”;

-

_{O objeto muda em relação a}

este fundo, de A’ para B’ ao

mudarmos nossa posição de A

para B;

-

_{Paralaxe é a metade do ângulo}

assinalado na figura.

(8)

Paralaxe

Esse deslocamento aparente na direção do objeto

observado

devido à mudança de posição do observador chama-se paralaxe.

(9)

Em astronomia, no entanto, costuma-se

definir a paralaxe como a metade do

deslocamento angular total medido,

como está ilustrado na figura a seguir.

(10)

A Galáxia

• A palavra vêm do grego Galax que significa leite

• William Herschel (1738 – 1822) em 1783 desenhou a forma do que seria o Universo através da contagem de estrelas.

• Supôs que todas as estrelas tinham aproximadamente o mesmo brilho e que a variação de brilho refletia a

variação de distâncias.

(11)

A Via Láctea

• Jacobus Cornelius Kapteyn (1851-1922) fez uma nova

contagem de estrelas para determinar as dimensões da Via Láctea (~1920) e encontrou que ela devia ter 15 Kpc15 Kpc (~ 50K 50K

al = 50 000 anos luz

al = 50 000 anos luz) de diâmetro por 3Kpc 3Kpc (~10 000 al10 000 al) de espessura (al = ano luz, K = 10al = ano luz, K = 103 3 ₎

-

- Note que hoje em dia prevemos pro disco Note que hoje em dia prevemos pro disco 100 000 a.l.

(12)

A Via Láctea

No século XIX as galáxias eram chamadas de

Nebulosas Espirais

–

William Parsons (1845)

Estariam próximas?

Seriam Sistemas Solares em formação?

M51 Leviathan – 183 cm

(13)

A Via Láctea

• 1920

: As galáxias são nuvens de gás

• A grande controvérsia

As galáxias seriam como a Via Láctea?

ou seriam apenas nuvens de gás?

(14)

A nossa galáxia – Via Láctea

Harlow Shapley

Heber Curtis

A Escala do Universo

O Grande Debate – 26 de abril de 1920

X

Universo tinha várias galáxias Universo tinha várias galáxias Um único Universo com várias

Um único Universo com várias nuvens de gás

(15)

A nossa galáxia – Via Láctea

Edwin Hubble

Descobertas das Cefeidas

Cefeidas

em Andrômeda – 1923-24

Andrômeda -> galáxia espiral

(16)

Estrelas Variáveis

São estrelas que

variam regularmente sua luminosidade

(estão

fora da sequência principal), as primeiras descobertas foram:

RRLyra

–

Constelação de Lyra

(17)

A maior estrela conhecida do Universo é a VY Canis Majoris, também conhecida como VY Cma, que fica a 5 mil anos-luz da Terra e tem 2,9 bilhões de quilômetros de diâmetro, porte 1 800 a 2 100 vezes maior que o do Sol. O diâmetro da superstar equivale a nove vezes a distância da Terra ao Sol! Mas pode haver astros ainda maiores, já que hoje se conhecem “apenas” 70 septilhões de estrelas no Universo. A VY Canis Majoris fica na constelação de Cão Maior, na Via Láctea, e ganhou o nome da mitologia grega. A constelação representava o cachorro de Órion, o caçador gigante. Apesar do tamanho descomunal da Cma, não é possível vê-la da Terra – ela está morrendo e despejando parte de sua massa em uma nebulosa que encobre nossa visão. O posto de vice-campeã vai para a VV Cephei, com diâmetro de 1 600 a 1 900 sóis. “Os valores variam porque os dados são coletados a partir de aproximações e comparações, são sempre cálculos indiretos”, explica Augusto Damineli, professor do

(18)

(19)

Diagrama H-R

Com as Estrelas Variáveis

Temperatura da

(20)

Diagrama H-R

Estrelas Mais Brilhantes

Temperatura da

(21)

Diagrama H-R

Estrelas Mais Próximas

Temperatura da

(22)

A nossa galáxia – Via Láctea

• As observações da Via Láctea

sugerem que a nossa galáxia é

um disco chato

• Envolvendo galáxias

existe um halo esférico de

Aglomerados Globulares

• Shapley usando estrelas

Cefeidas estimou o tamanho

da nossa galáxia em

300 000

anos luz (refeito depois para

100 000

)

(23)

(24)

Buracos Negros em Aglomerados Globulares

http://today.ttu.edu/posts/2013/11/physicists-find- black-holes-in-globular-star-clusters-upsetting-40-years-of-theory

The black hole above was discovered in the M62 star cluster, which is 23,000 light years away from Earth.

These star clusters contain some of the oldest stars in the galaxy.

(25)

Estrutura da Via Láctea

• As Estrelas

Estrelas

e a Matéria Interestelar

Matéria Interestelar

mantidas juntas

por força da sua própria gravidade formam sistemas

isolados no espaço chamados de

Galáxias

• A nossa galáxia, chamada de

Via Láctea

, tem entre

300 e

400 bilhões

de estrelas

(26)

(27)

Estrutura da Via Láctea

Tipo

: Espiral Barrada

Idade

(28)

Populações Estelares e Movimento Orbital

Disco

• Altamente achatado 100 000 al x 1000 al

• Estrelas de População I novas • Nuvens de Gás e Poeira

• Formação de estrelas

• Gás e estrelas se movem em órbitas circulares no plano galáctico

(29)

Mapeando a

Via Láctea

5 braços espirais:

Norma ?

Centauro

Sagitário

Orion

Perseu

Cisne

Sol

(30)

O Sol e o Sistema Solar

dentro da Galáxia

(31)

Visão da Via Láctea imaginada

(32)

Populações Estelares e Movimento Orbital

Halo

• Aproximadamente esférico

Diâmetro ~ 250 000 – 400 000 al • Estrelas População II muito velhas • Não existe formação de estrelas • Não tem gás e poeira

• Estrelas se movem em órbitas randômicas

(33)

Populações Estelares e Movimento Orbital

Núcleo

• Um pouco achatado e alongado no plano do disco

12 000 al x 10 000 al

• Estrelas População I velhas • Gás e Poeira

• Formação de estrelas nas regiões internas

• Estrelas têm órbitas randômicas

(34)

Estrutura da Via Láctea

Centro Galáctico em zoom

5 pc 200 pc

(35)

Centro Galáctico em zoom

(36)

Estrutura da Via Láctea

Buraco Negro (3,7 x 10

6

M



) no Centro da Via Láctea

Imagens do Telescópio Keck – Resolução = 0,082” Imagens do Telescópio Keck – Resolução = 0,082”

(37)

A origem do superburacos negros até agora é um enigma. É possível que, inicialmente, um buraco negro pequeno tenha

aumentado de tamanho pela absorção lenta de gás. Alternativamente,

superburacos negros podem se formar em conjunto com a galáxia pelo colapso de estrelas muito massivas, ou pode ser o

resultado do colapso de um aglomerado de estrelas. Observações não favorecem

qualquer modelo particular. A origem do super-buracos negros é fundamental para a compreensão da origem das galáxias, dos aglomerados e dos aglomerados de

aglomerados de galáxias, em outras

palavras, como originaram as estruturas em grande escala do Universo.

Só

Dúvidas ?

Origem dos

Buracos Negros Supermassivos

(38)

Alguns núcleos galácticos

parecem hospedar não um, mas dois buracos negros. A galáxia NGC 6240 mostra dois núcleos como revelado por observações de raios-X usando o satélite de raios-X Chandra. Tais núcleos são consideradas como tendo sido formados como um resultado da colisão de um par de galáxias cada uma hospedando um buraco negro supermassivo.

E se Forem DOIS

Buracos Negros Supermassivos ?

?

(39)

É importante notar, como veremos

a seguir que as Observações

Astronômicas são feitas em

diferentes Comprimentos de Onda

do Espectro Eletromagnético.

• Cada Comprimento de Onda fornece um tipo de informação que pode não estar presente em outros comprimentos de Onda.

(40)

(41)

Espectro

(42)

As várias faces do Sol

(43)

(44)

A Galáxia em diferentes comprimentos

de onda:

do rádio aos raios

gamma

Rádio Hidrogêni o Atômico Rádio Hidrogêni oMolecul ar Infravermel ho Infravermel ho Infravermel ho Ótico Raios - X Raios Gamma

(45)

Relembrando as Coordenadas Celestes

Ascenção Reta : de 0h a 24 h Declinação : de 00 a 900 e de 00 a - 900

(46)

(47)

Posição do Sol na Via Láctea

• Observações dos Aglomerados Globulares indicam que o Sol não está no centro

• Determinações de velocidades radiais dos Aglomerados

Globulares indicam que a velocidade do Sol em torno do centro da Via Láctea é de ~ 250 km/s

• Brilho de estrelas RR Lyrae indica que Sol está a ~ 30 000 al

do centro

(48)

Uma visão em infra-vermelho do

centro da galáxia. São visíveis

grandes nuvens de poeira, as quais

bloqueiam a visão da galáxia em luz

(49)

As 25 000 estrelas mais brilhantes do Céu

estão concentradas ao longo da Via Láctea

(50)

Teoria de Formação Galáctica:

• Há ainda muitas dúvidas

• É mais complexo que a teoria de formação estelar

• As sementes da formação galáctica tiveram origem no

universo primitivo

• É mais simples vermos a partir das bolhas de gás

pré-galáctico já formadas, fragmentos de alguns milhões de

massas solares

• Colisões e fusões dariam origem às galáxias

• As perturbações primordiais que formariam estas sementes

são alvo de intensas discussões em Cosmologia.

(51)

Formação da Via Láctea

Teoria de Formação Galáctica:

Colisões e fusões

(52)

Formação da Via Láctea

Onda de Densidade

Como persistem os braços espirais

apesar das rotações em torno do centro ?

São ondas de densidade que aumentam, formam estrelas e seguem sua rotação

O material dos braços espirais não é permanente

(53)

Via Láctea

(54)

O Universo a 500.000 Anos-Luz

(55)

Galáxias Satélites da Via Láctea

Nome (em distância) Distancia (a-l) Tipo Descoberta

I Canis Major Dwarf 25,000 Irr 2003

II Sagittarius Dwarf 81,000 Irr 1994

III LMC 160,000 Irr 1519

IV SMC 190,000 Irr 1519

V Bootes Dwarf 196,000 dE 2006

VI Ursa Minor Dwarf 205,500 dE4 1954

VII Draco Dwarf 248,000 dE0 1954

VIII Sculptor Dwarf Galaxy 254,000 dE3 1937

IX Sextans Dwarf 257,500 dE3 1990

X Carina Dwarf 283,500 dE3 1977

XI Ursa Major Dwarf 330,000 - 2005

XII Fornax Dwarf 427,000 dE2 1938

XIII Canes Venatici 640,000 dE 2006

XIV Leo II 701,000 dE0 1950

XV Leo I 890,000 dE3 1950

d = dwarf anã

(56)

• Edwin P. Hubble, em 1924, obteve imagens de estrelas na então

Nebulosa de

Nebulosa de AndrômedaAndrômeda, identificando estrelas Cefeidas. Calculou que Andrômeda era uma galáxia que estava a 1 milhão de anos luz (o valor atual é de 2,5 milhões de anos luz).

José Adolfo S. de Campos Observatório do Valongo

Andrômeda

(57)

Andrômeda

(58)

Dados sobre a Via Láctea

• Tem cerca de 400 bilhões de Estrelas • Milhares de Aglomerados e Nebulosas

• Massa entre 750 bilhões e 1 trilhão de massas solares • Diâmetro aproximado de 100 000 anos luz

• Forma: Estrutura espiral barrada – SB • 20 galáxias satélites

• Grupo Local: 3 galáxias grandes e cerca de 30 pequenas

• O nosso Sistema Solar está a cerca de 28 000 al do centro

(59)

(60)

Classificação de Galáxias

(61)

Classificação de Galáxias -

Diagrama de HubbleDiagrama de Hubble

• Não considera galáxias amorfas

• E- Elíticas, S – Espirais, SB – Espirais Barradas

(62)

As galáxias elípticas foram formadas de nuvens com baixo momentum angular, enquanto as espirais de nuvens com

alto momentum angular. Como

a rotação inibe a formação estelar pois dificulta a condensação da nuvem, as estrelas se formam mais lentamente nas galáxias espirais, permitindo que o gás perdure e a formação estelar se estenda até o presente.

Ver em :

(63)

Classificação de Galáxias

Forma das Galáxias Elípticas

• Uma galáxia elíptica tem a forma de um elipsóide tri-axial

• A quantidade de achatamento da forma determina a sua

(64)

Classificação de Galáxias

(65)

Classificação de Galáxias

(66)

Classificação de Galáxias

(67)

Classificação de Galáxias

(68)

Classificação de Galáxias

(69)

Classificação de Galáxias

(70)

Galáxias Espirais

• As galáxias espirais têm um disco galáctico

achatado em que os braços espirais são

encontrados, um bojo com um núcleo denso

e um halo extenso e tênue de estrelas

(71)

Classificação de Galáxias

(72)

Classificação de Galáxias

Galáxias Espirais Barradas – SBa

NGC 1097

NGC 4477

(73)

Classificação de Galáxias

Galáxias Espirais Barradas – SBb

(74)

Classificação de Galáxias

Galáxias Espirais Barradas – SBc

(75)

Classificação de Galáxias

(76)

Classificação de Galáxias

(77)

Classificação de Galáxias

(78)

Classificação de Galáxias

(79)

Galáxias Peculiares

M87

Centaurus A

(80)

(81)

Galáxias Ativas

• Freqüentemente parecem galáxias normais • Núcleos muito brilhantes (AGN's)

 _{10,000 X mais brilhantes do que o núcleo da} Via Láctea

 _{Observações de Radio sugerem que o núcleo} tem diâmetro menor do que 1 ano luz

• Todos os indicadores apontam para uma violenta atividade explosiva no núcleo galáctico

• Luminosidade total = 10 X Via Láctea

Galáxias Seyfert

(82)

Galáxias Ativas

Galáxias Radio

_{Galáxias Radio}

• Semelhantes a galáxias Seyferts • A maior parte da energia é emitida

na faixa radio

• Os distintos lobos se estendem por vários kpc alem do núcleo galáctico • Núcleo energético porém pequeno.

(83)

• Primeira descoberta: 1960 - 3C 48 (A. Sandage, T. Matthews) • Distância: 240 Mpc - 4200 Mpc

Quasares (QSOs)

• São núcleos de galáxias jovens e hiperativas - AGN

• Luminosidade: 1012 L 

• Massa: 109_M 

• Dimensões: < 1 dia luz diâmetro

(84)

(85)

(86)

Grupo Local de Galáxias (~ 40)

Raio ~ 2 Mpc

(87)

Aglomerado de Virgo (~ 2000)

Diâmetro ~ 50 Milhões al

(88)

Aglomerado de Coma ~ 1000

Distância ~ 350 milhões de al

(89)

Super

Aglomerado

Local

Diâmetro ~ 60 Mpc

(90)

(91)

Estrutura do Universo

(92)

Survey até 900 Mpc – 24 000

galáxias

(93)

Teoria: por

Padmanabhan,

“After the first three minutes” : Aglomerados de gás De massa ao redor de 1011_M ʘ em distâncias de 20 kpc.

Formação de Estruturas no Universo

A seta aponta onde a densidade é maior que a densidade média (A). Em B e C a densidade é menor que a média