ASTRONOMIA EXTRAGALÁCTICA

Sérgio Mittmann dos Santos

AstronomiaLicenciatura em Ciências da Natureza

IFRS −−−− Câmpus Porto Alegre2013/2

Astronomia extragalácticaM31+M110 (satélite)+LuaAté a década de 1920

� Conheciam-se corpos extensos e difusos, denominados NEBULOSAS

� A maioria eram (1) nuvens de gás iluminadas por estrelas dentro delas, (2) cascas de gás ejetadas por estrelas em estágio final de evolução estelar e (3) aglomerados de estrelas da Via Láctea

� Não havia consenso sobre o que eram as NEBULOSAS ESPIRAIS

1923� Edwin Powell Hubble (1889-1953)

proporcionou a evidência definitiva para considerar as NEBULOSAS ESPIRAIS como galáxias

� Identificou uma variável cefeida na galáxia de Andrômeda, M31 (Messier31 – séc. 18: Charles Messier)

� Luminosidade ∝∝∝∝ Período ∝∝∝∝Magnitude absoluta ∝∝∝∝ Distância ≈≈≈≈ 2,2 milhões de anos-luz á100 mil anos-luz

Classificação morfológica

Esquema de Hubble� ESPIRAIS (1) NORMAIS e (2) BARRADAS Assimetria na

distribuição da matéria escura com maior condensação� (3) ELÍPTICAS Simetria na distribuição da matéria escura

com maior condensação� (4) IRREGULARES Não têm forma definida

Classificação morfológica

Galáxias espirais (S)

� Estrutura espiral� Possuem núcleo, disco, halo, braços espirais

a núcleo maior, braços pequenos e bem enrolados

b núcleo e braços intermediários

c núcleo menor, braços grandes e mais abertos

� Lenticulares S0 Têm núcleo, disco e halo, mas não têm traços de estrutura espiral. Ex.: M86

Galáxias espirais barradas (SB)

� Estrutura em forma de barra atravessando o núcleo� Braços partem das extremidades da barra

M83 NGC1365 (New General Catalogue: John Dreyer, séc. 19)

Galáxias espirais

� Nos braços, estão presentes (1) nebulosas gasosas, (2) poeira, (3) estrelas jovens (incluindo as super-gigantes luminosas) e (4) aglomerados estelares

� No halo, estão presentes aglomerados globulares� Têm diâmetros de 20 mil anos-luz até mais de 100

mil anos-luz� Suas massas variam de 10 bilhões a 10 trilhões de

vezes a massa do Sol

Galáxias elípticas (E)� Forma esférica ou elipsoidal� Não têm estrutura espiral� Têm pouco gás, pouca poeira e poucas estrelas jovens� Parecem-se com o núcleo e halo das galáxias espirais� E0 a E7 En, onde n=10(a-b)/a, sendo a o semi-eixo maior e b o semi-

eixo menor� Maiores Diâmetros de milhões de anos-luz� Menores Diâmetros de poucos milhares de anos-luz� Têm massas de até 10 trilhões de massas solares

M87

Galáxias irregulares (I)

� Não têm simetria circular ou rotacional� Estrutura caótica ou irregular� Estrelas das populações I e IIGrande Nuvem de Magalhães� Supernova 1987A� Massa ≈≈≈≈ 6·109 massas solares� Distância ≈≈≈≈ 176 mil anos-luzPequena Nuvem de Magalhães� Massa Ü Massa da Grande Nuvem� Distância ≈≈≈≈ 210 mil anos-luz� Resultado de uma colisão com a Grande Nuvem há 200 milhões de

anos

Nuvens de Magalhães

Principais características dos diferentes tipos de galáxias

Propriedade Espirais Elípticas Irregulares

Massa ( ) a a a

Diâmetro ( parsecs) 5 - 30 1 - 1000 1 - 10

Luminosidade ( ) 10

8 a 10

11 10

6 a 10

12 10

7 a 2 × 10

9

População estelar Velha e jovem Velha Velha e jovem

Tipo espectral A a K G a K A a F

Gás Bastante Muito pouco Bastante

Poeira Bastante Muito pouca Varia

Cor Azulada no disco Amarelada Azulada

Amarelada no bojo

Estrelas mais velhas anos anos anos

Estrelas mais jovens Recentes anos

Recentes

Formação e evolução das galáxias

� Todas as galáxias começaram a se formar aproximadamente na mesma época

� Nas espirais e nas irregulares, sobrou gás para continuar o processo de formação estelar

Grupo LocalAglomerado pequeno Cerca de 50 galáxiasVolume 3 milhões de anos-luz na sua dimensão maiorContém pelo menos 3 galáxias espirais, 2 elípticas, 15 irregulares de diferentes

tamanhos e 17 anãs elípticasMaioria das galáxias orbita a Via Láctea ou Andrômeda, dando uma aparência binária

ao Grupo LocalVia Láctea e Andrômeda (M31) são os membros mais massivosM33� Terceira galáxia mais luminosa � EspiralM32� Elíptica� Satélite de M31M110 (NGC 205)� ElípticaVárias irregulares e anãsNuvens de Magalhães� Satélites da Via Láctea2003� Descoberta a galáxia mais próxima da Via Láctea, uma anã (menos de 1% o

número de estrelas da Via Láctea), a 25 mil anos-luz, na direção da constelação do Cão Maior/do centro galáctico

2012� Satélite Balbinot 1 Aglomerado de 200-300 estrelas com massas de nível médio,

situado no halo da Via Láctea, distante 108.000 anos-luz do Sistema Solar

Grupo Local

Outros aglomerados de galáxias: HYDRA

Outros aglomerados de galáxias: ABELL 2218

Outros aglomerados de galáxias: FORNAX

� Centro Elíptica E1 NGC 1399� Abaixo Elíptica E1 NGC 1404� Esquerda Irregular NGC 1427

Outros aglomerados de galáxias: COMA

� Cobre 20 milhões de anos-luz� Contém milhares de galáxias

Outros aglomerados de galáxias: VIRGEM

� Contém mais de 2500 galáxias� Cobre 20 milhões de anos-luz� Acima do centro Elíptica M84� Direita Elíptica M86 � Tão massivo e tão próximo que

influencia gravitacionalmente o Grupo Local, fazendo com que o mesmo mova-se na sua direção

� A galáxia elíptica gigante M87 contém um buraco negro em seu centro, com massa de 1,3·109·MSol

Superaglomerados

Supercúmulo Local� Grupo Local + Cúmulo de Virgem� Diâmetro Aproximadamente 100 milhões de anos-luz� Massa Cerca de 1015 massas solares

Estrutura em Grande Escala

� As galáxias não estão distribuídas uniformemente, mas formam filamentos no espaço

� Entre os filamentos, estão regiões sem galáxias, como a estrutura de uma esponja

Grande Parede Great Wall Concentração de galáxias com cerca de 500 milhões de anos-luz de comprimento, 200 milhões de anos-luz de altura, mas somente 15 milhões de anos-luz de espessura

� Distância 250 milhões de anos-luz

� Massa 2·1016·MSol

Estrutura em Grande Escala

� 9325 galáxias

Estrutura em Grande Escala

� 100 mil galáxias

Colisões entre galáxiasGaláxia do girino

� Galáxias em aglomerados estão relativamente próximas umas das outras

� Separações entre elas não são grandes, comparadas com seus tamanhos

� Espaçamento entre as galáxias é da ordem de apenas 100 vezes o seu tamanho, enquanto a distância média entre as estrelas é da ordem de 1 parsec = 22 milhões de diâmetros solares

� Galáxias estão em frequentesinterações umas com as outras

Colisões entre galáxias

NGC 4038/9

� Interação de maré entre 2 galáxias atrai matéria de uma em direção à outra

� Pontes de matéria se formam entre as galáxias interagentes, mas também se formam caudas de matéria, que saem de cada galáxia na direção oposta à outra

� Devido à rotação das galáxias, as caudas e as pontes podem assumir formas esquisitas

Fusão de galáxiasX

Canibalismo galáctico

� Fusão de galáxias Interação entre galáxias de tamanhos semelhantes� Canibalismo galáctico Quando uma galáxia muito grande interage com

outra muito menor, as forças de maré da galáxia maior podem ser tão fortes a ponto de destruir a estrutura da galáxia menor, cujos pedaços serão então incorporados pela maior

� Muitas galáxias com aparências estranhas, que não se enquadram em nenhuma das categorias de Hubble, mostram evidências de interações recentes

� Simulações por computador mostram que sua forma pode ser reproduzida por interação de maré

Resultados recentes de simulações em computador� Possibilidade de que colisões possam transformar galáxias espirais

em elípticas� Interação pode retirar gás, estrelas e poeira das duas galáxias,

transformando-as em uma elíptica� Colisão pode também direcionar grande quantidade de gás ao centro

da elíptica resultante, propiciando a criação de um buraco negro

Referência

� K. S. Oliveira Fo. e M. F. O. Saraiva. Astronomia e

astrofísica, 2a. ed. São Paulo: Livraria da Física, 2004