A taxa cósmica de formação estelar

Sumario

Introducao

O CenarioHierarquico deFormacao deEstruturas

A TaxaCosmica deFormacaoEstelar

A TaxaCosmica deFormacaoEstelar e OsBuracosNegros Super-massivos

PyCosmicStar

ReferenciasBibliograficas

A Taxa Cosmica de Formacao Estelar

Dr. Eduardo S. Pereira1

1Instituto Nacional de Pesquisas EspaciaisDivisao de Astrofsica

Disponvel em: http://pt.slideshare.net/duducosmos

02/Agost/2015

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

1 Introducao

2 O Cenario Hierarquico de Formacao de Estruturas

3 A Taxa Cosmica de Formacao Estelar

4 A Taxa Cosmica de Formacao Estelar e Os Buracos NegrosSupermassivos

5 PyCosmicStar

6 Referencias Bibliograficas

Sumario

Introducao

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O Modelo Cosmologico Padrao

Sumario

Introducao

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Regioes de Formacao Estelar

Sumario

Introducao

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Regioes de Formacao Estelar: Local

E possvel resolver estrelas individuais;

Observa-se aglomerados de estrelas jovens;

Estima-se a massa e a idade dessas estrelas;

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Regioes de Formacao Estelar: Outras Galaxias

E necessario o uso de um tracador;

Emissao ultra violeta - Proveniente da fotosfera de estrelasmassivas;

Linhas de recombinacao como H - Traca os fotonsionizantes de estralas massivas;

Emissoes em infravermelho - reprocessamento dor poeira defotons ultravioleta;

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

A partir da luminosidade dos tracadores e um modelo desntese de populacao e possvel estimar a taxa de formacaoestelar;

A partir das formacoes estelares num conjunto de amostras aum dado redshift, calcula-se a taxa cosmica de formacaoestelar.

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

A partir da luminosidade dos tracadores e um modelo desntese de populacao e possvel estimar a taxa de formacaoestelar;

A partir das formacoes estelares num conjunto de amostras aum dado redshift, calcula-se a taxa cosmica de formacaoestelar.

Sumario

Introducao

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Figura: Azul: UV, Verde OII; Vermelho H e H, rosa: Raio-X, FIR,submilimetrica e radio;FONTE: [Hopkins 2004]

Sumario

Introducao

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O Formalismo Tipo Press-Schechter

hierarquico.mp4Media File (video/mp4)

Sumario

Introducao

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Abundancia de halos [Jenkins et al. 2001]:

dndM

= f ()DMM

d ln1

dM, (1)

e a variancia do campo de densidades lineares;f () e a funcao de distribuicao ponderada por .

Sumario

Introducao

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[Press e Schechter 1974]

f () =

2

exp(

2

), (2)

[Sheth, Mo e Tormen 2001]

f () = A

2a

exp(a

2

)[1+(

1a2

)p](3)

sendo A = 0.3222, a = 0.707 and p = 0.3,

Sumario

Introducao

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A fracao de Barions em Estruturas

Considerando que a materia escura traca a materia barionicasem vies [Pereira e Miranda 2010, Daigne et al. 2006]:

fb(z) =

MmaxMmin f ()MdM

DM(z), (4)

em que e considerado Mmin = 106 M - Mmax = 1018 M.

Sumario

Introducao

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A fracao de Barions em Estruturas

0 5 10 15 20

z0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

f b

PSSTRW

Figura: Fracao de Barions em estruturas para diferentes distribuicoes dehalos de materia escura. PS- Press and Schechter (1974); ST- Sheth eTormen (1999); R - Reed (2007); W - Watson (2013);FONTE: [Pereira e Miranda 2015]

Sumario

Introducao

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A taxa de acrescencia de barions em estruturas

ab(t) = bc(

dtdz

)1 d fb(z)dz , (5)

com c = 3H20/8G sendo a densidade crtica do universo edt/dz relaciona a idade do Universo a um dado redshift, z.

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

A taxa de acrescencia de barions em estruturas

0 2 4 6 8 10z

10-3

10-2

10-1

100

101

ab(

Myr

1M

pc

3)

PSSTRW

Figura: A taxa de acrescencia de barions em estruturas para diferentesdistribuicoes de halos de materia escura. PS- Press and Schechter(1974); ST- Sheth e Tormen (1999); R - Reed (2007); W - Watson (2013);FONTE: [Pereira e Miranda 2015]

Sumario

Introducao

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O Modelo de Formacao Estelar

Halos de materia escura sao pocos de potencialgravitacional;

Se o halo tiver massa maior que um certo limiar a formacaoestelar ira ocorrer;

Os primeiros halos capazes de formar estrelas seriamformados em z 20 com massa da ordem de 106M[Salvadori, Schneider e Ferrara 2007]

Sumario

Introducao

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Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

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A taxa cosmica de formacao estalar e obtida por:

g =d2M?dV dt

+d2MejdV dt

+ ab(t), (6)

sendo dada por:

d2M?dV dt

(t) =g(t)

, (7)

com g a taxa de densidade de gas que entra no processo deformacao estelar, d2M?/dV dt e a taxe de conversao de gasem estrelas a um dado voulume e tempo t, e a taxacosmica de formacao estelar e e um parametro querepresenta a escala caracterstica de formacao estelar.

Sumario

Introducao

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g =d2M?dV dt

+d2MejdV dt

+ ab(t), (6)

sendo dada por:

d2M?dV dt

(t) =g(t)

, (7)

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

g =d2M?dV dt

+d2MejdV dt

+ ab(t), (6)

sendo dada por:

d2M?dV dt

(t) =g(t)

, (7)

Sumario

Introducao

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Note que representa a fracao de ab que realmente eincorporada em estrelas. Assim (1 )ab representa osbarios que sao adicionados aos halos, pelo processo deinfall, mas que estao na forma de gas nao utilizado peloprocesso de formacao estelar.

Sumario

Introducao

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A taxa com que a massa das estrelas retorna ao meiointerestelar do sistema.

d2MejdV dt

= Msup

m(t)(mmr)(m)(t m)dm, (8)

Com m(t) sendo a massa da estrela cujo tempo de vida eigual a t e mr e a massa da remanescente.

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

A taxa com que a massa das estrelas retorna ao meiointerestelar do sistema.

d2MejdV dt

= Msup

m(t)(mmr)(m)(t m)dm, (8)

Com m(t) sendo a massa da estrela cujo tempo de vida eigual a t e mr e a massa da remanescente.

Sumario

Introducao

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m e o tempo de vida de uma estrela de massa m. Aqui eassumido a independente da metalicidade de [Copi 1997] e[Scalo 1986]:

log10(m) = 10.03.6 log10(

mM

)+

[log10

(m

M

)]2,

(9)

Sumario

Introducao

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A funcao de massa inicial [Salpeter 1955]:

(m) = Am(1+x), (10)

sendo A um fator de normalizacao e x e uma constante comvalor tpico de 1.35, dado por: msup

minfAm(1+x)mdm = 1, (11)

Sumario

Introducao

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(m) = Am(1+x), (10)

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

(m) = Am(1+x), (10)

Sumario

Introducao

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0 1 2 3 4 5 6 7z

10-2

10-1

100

(

M y

r1 M

pc

3)

SHHBFPM

Sumario

Introducao

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0 5 10 15 20z

10-2

10-1

100

(

M

Mpc

3yr

1)

PS, =3.28Gyr, =0.80ST, =2.42Gyr, =0.60R, =2.40Gyr, =0.60W, =1.24Gyr, =0.21

Sumario

Introducao

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A fracao de barions em estruturas e fortemente dependenteda distribuicao de halos de materia escura adotada;

A escala caracterstica de formacao estelar tambem eafetada por essa distribuicao;

No caso da Funcao de Massa de W = 1.24Gyr,consumindo apenas 21% dos barions que caem emestruturas pela formacao estelar;

Ja a funcao de massa de PS produz uma escalacaracterstica de formacao estelar tardia = 3.28Gyr, sendoque 80% dos barions seria usado para a formacao estelar;

Para as funcoes de R e ST = 2.4Gyr e a eficiencia de usode gas para a formacao estelar e da ordem de 60%;

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Sumario

Introducao

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A densidade de massa de buracos negros noUniverso

[Pereira e Miranda 2011]

BH(z) = 0BHBH(z)

BH(z = 0), (12)

com 0BH sendo a densidade de massa no Universo local.

BH(z) = z f

z

(z)(1+ z)

P(td)dtddz

dz. (13)

sendo P(td) a probabilidade por unidade de tempo de umburaco negro crescer por acrescencia de materia.

Sumario

Introducao

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[Pereira e Miranda 2011]

BH(z) = 0BHBH(z)

BH(z = 0), (12)

com 0BH sendo a densidade de massa no Universo local.

BH(z) = z f

z

(z)(1+ z)

P(td)dtddz

dz. (13)

sendo P(td) a probabilidade por unidade de tempo de umburaco negro crescer por acrescencia de materia.

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Derivamos uma relacao entre a densidade de buracos negrose a densidade de luminosidade dequasares.[Pereira e Miranda 2011]

U = c2

(1 )BH , (14)

U(z) =c2

1 0BH0BH

(z)(1+ z)

P(td). (15)

U(z) =

LbolLbolb(Lbol,z)dLbol, (16)

sendo Lb e (Lb,z) de [Hopkins, Richards e Hernquist 2007]

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

U = c2

(1 )BH , (14)

U(z) =c2

1 0BH0BH

(z)(1+ z)

P(td). (15)

U(z) =

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

U = c2

(1 )BH , (14)

U(z) =c2

1 0BH0BH

(z)(1+ z)

P(td). (15)

U(z) =

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

O Modelo e Concordante com as Observacoes

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

Reionizacao do Universo?

Sumario

Introducao

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O codigo

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

O codigo

Sumario

Introducao

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O codigo

http://duducosmos.github.io/pycosmicstar/index.html

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Introducao

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Nas nuvens

www.cosmicstarformation.com

Sumario

Introducao

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Fim..:*-*:..

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

COPI, C. J. A stochastic approach to chemical evolution. Apj,v. 487, p. 704, out. 1997.

DAIGNE, F. et al. Hierarchical growth and satr formation:Enrichment, outflows and supernova rates. Apj, v. 647, p.773786, ago. 2006.

HOPKINS, A. M. On the evolution of star-forming galaxies.APJ, American Physical Society, v. 615, p. 209221, nov. 2004.

HOPKINS, P. F.; RICHARDS, G. T.; HERNQUIST, L. Anobservational determination of the bolometric quasar luminosityfunction. Apj, v. 654, p. 731753, jan. 2007.

JENKINS, A. et al. The mass function of dark matter haloes.Mon. Not. R. Astron. Soc., v. 321, p. 372384, 2001.

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

PEREIRA, E. dos S.; MIRANDA, O. D. The role of the darkmatter haloes on the cosmic star formation rate. New Ast.,v. 41, p. 4852, 2015.

PEREIRA, E. S.; MIRANDA, O. D. Stochastic background ofgravitational waves generated by pre-galactic black holes.MNRAS, v. 401, p. 19241932, jan. 2010.

PEREIRA, E. S.; MIRANDA, O. D. Supermassive black holes:connecting the growth to the cosmic star formation rate.MNRAS Letters, v. 418, p. L30L34., 2011.

PRESS, W. H.; SCHECHTER, P. Formation of galaxies andclusters of galaxies by self-similar gravitational condesation.Apj, p. 425438, fev. 1974.

Sumario

Introducao

PyCosmicStar

SALPETER, E. E. The luminousity function and stellarevolution. Apj, v. 121, p. 161167, 1955.

SALVADORI, S.; SCHNEIDER, R.; FERRARA, A. Cosmicstellar relics in the galactic halo. MNRAS, v. 381, p. 647662,out. 2007.

SCALO, J. M. The stellar initial mass function. FundamentalsCosmic Phys., v. 11, p. 1278, maio 1986.

SHETH, R. K.; MO, H. J.; TORMEN, G. Ellipsoidal collapse andan improved model for the number and spatial distribuition ofdark matter haloes. Mon. Not. R. Astron, v. 323, p. 112, set.2001.

IntroduoO Cenrio Hierrquico de Formao de EstruturasA Taxa Csmica de Formao EstelarA Taxa Csmica de Formao Estelar e Os Buracos Negros SupermassivosPyCosmicStarReferncias Bibliogrficas

Science

A taxa cósmica de formação estelar