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GALAXIAS lTipos e classificação

Ensino de Astronomia UFABC

Bruno Giovanni Birais

Hubble Deep Field

Ensino de Astronomia no Grande ABC

O que são?• Galáxias são conjuntos de 107 a 1014 estrelas e outros corpos

celestes, como planetas,estágios finais de estrelas, gás, poeira,etc.

• É possível que exista um Buraco Negro Supermaciço e MatériaEscura, similares à Via Láctea.

• A palavra vem do grego galaxias (γαλαξίας), “leitoso”, em umareferência à Via Láctea.


História● Ainda no século XVll, o filósofo prussiano

Immanuel Kant já postulava sobre a existência de galáxias

● Segundo ele, se a Via Láctea era finita, era possível que as “nebulosas elípticas” vistas no céu fossem também sistemas de discos como o nosso, os chamados “Universos Ilhas”

Immanuel Kant (1724 - 1804)


Charles Messier● Charles Messier, astrônomo francês,

catalogou nebulosas, aglomerados de estrelas e galáxias, porém, ele não tinha certeza absoluta o que cada item realmente era

● Usamos a nomenclatura M# para indicar que o objeto pertence a esse catálogo, seguido de seu número. M1, M2, ..., M110

Charles Messier (1730 - 1817)


Catálogo Messier

O catálogo de objetos difusos de Charles Messier (1758-1782)

Nebulosa da Águia (M16)

Pleiades (M45)

Nebulosa do Haltere (M27)


William HerschelAstrônomo Britânico famoso pela descobertado planeta Urano e um dos primeiros a tentarmapear o universo conhecido (A Via Láctea atéentão)

Seu método para mapear o universo consistia em observar asestrelas considerando-as todas com mesma magnitude e que adiferença de brilho entre elas se dava pelas diferentesdistâncias

William Herschel (1738 - 1822)


Mapa de Herschel

SOL


William HerschelHerschel também se dedicou ao estudo das “estrelas nebulosas” mencionadas por Kant e por meio de suas observações descobriu muitas outras.

Até a década de 1780 os astrônomos conheciam cerca de 100 “objetos nebulosos” catalogados por Charles Messier. William aumentou essa lista em mais de 1500 novos objetos catalogados e em 1811 publicou na revista Philosophical Transactions of the Royal Society vários desenhos em que mostrava a rica variedade de objetos nebulosos que ele havia registrado.


Imagem extraída da revista inglesa Philosophical Transactions of the Royal Society.


New General Catalog - NGCCompilação de quase 8000 objetos, na sua maioria galáxias e nebulosas. Foi compilado por John Dreyer, um astrônomo dinamarquês-irlandês, na década de 1880, usando as observações de William Herschel e John Herschel.

Usa uma nomenclatura parecida como o catálogo Messier, utilizando NGC# para indicar que o objeto pertence ao catálogo, seguido de seu número. NGC 1, NGC 2, ..., NGC 7841

John Dreyer (1852- 1916)


Na década de 1840 o astrônomo irlandês William Parsons construiu o telescópio Leviathan, o maior já feito até então, com 1, 80m de abertura

William Parsons

Com ele, pode observar pela primeira vez estruturas espirais em algumas nebulosas


William Parsons

Comparação entre o desenho feito por Parsons e a foto da galáxia M51 (Galáxia do Rodamoinho


Medindo distâncias: paralaxe estelar


Empregado por William Friedrich Bessel em 1838 para provar que a Terra girava em torno do sol

O ângulo de paralaxe é dado em segundo de arco e a distância em Parsec(Pc) equivalente a 3,26 anos luz

Só pode ser usado para medir a distância de estrelas próximas pois o ângulo de paralaxe é muito pequeno

Medindo distâncias: paralaxe estelar


Descoberta pela astrônoma americana Henrietta Swan Leavitt enquanto trabalhava na contagem de estrelas em placas fotográficas e encontrou diversas estrelas variáveis, as Cefeidas, enquanto observava as nuvens de magalhães

Medindo distâncias: relação período luminosidade

Sua descoberta foi essencial para o desenvolvimento da astronomia extragaláctica

Henrietta S. Leavitt (1868- 1921)


Henrietta notou que havia uma relação direta entre a magnitude absoluta de uma Cefeida e o seu período, tornando possível o cálculo das distâncias com base neste

Medindo distâncias: relação período luminosidade

M = -2,76log(P) - 1,4


O grande debateEm 1920 a academia de ciências de Washington convidouHarlow Shapley e Heber Doust Curtis para debater a realnatureza das nebulosas.

XHeber Doust Curtis Harlow Shapley


O grande debateHarlow Shapley defendia que nossa galáxia era todo o universo existente, isso porque, ao medir a distância de aglomerados globulares concluiu que nossa galáxia era na verdade muito maior do que se acreditava, cerca de 900 Kpc (as medidas atuais apontam para ~50Kpc)

Esse erro ocorreu, porque Shapley na época não tinha conhecimento do fenômeno de avermelhamento, em que a poeira presente na galáxia absorve parte da luz emitida pelas estrelas, fazendo com que elas pareçam estar bem mais distantes


O grande debateHeber Curtis trabalhava no Observatório de Lick estendendo o projeto de imageamento de galáxias iniciado anos antes por Keeler. Curtis estava convencido da natureza extragaláctica das nebulosas já que estes objetos se distribuem na esfera celeste claramente evitando o plano da Via Láctea.

Ao contrário de Shapley defendeu o ponto de vista de que a Via Láctea teria um diâmetro da ordem de 20-30 Kpc, mais próximo dos valores atuais. Contudo ele não foi capaz de mostrar objetivamente que o erro na argumentação de Shapley se devia a uma avaliação incorreta da absorção interestelar.


Em 1923 o astrônomo Edwin Hubble pôs fim à discussão, pois graças ao telescópio Hooker de 100 polegadas conseguiu identificar estrelas Cefeidas na nebulosa de Andrômeda e assim, ao aplicar a relação período luminosidade descobriu que estas estavam a cerca de dois milhões de anos luz!!

Edwin P. Hubble

Inicia - se então a astronomia extragaláctica

Edwin P. Hunnlle (1889-

1953)


Diapasão de Hubble• Hubble classificou as galáxias em três grandes grupos:

• Galáxias Elípticas

• Galáxias Espirais

• Galáxias Irregulares

Grande maioria das galáxias

Não necessariamente a minoria mas são mais difíceis de se observar devida à baixa luminosidade


Diapasão de Hubble


Galáxias ElípticasGaláxias elípticas E0 possuem elipticidade nula, logo, são vistascomo circulares.

Galáxias E7 são as mais elípticas, apresentando uma forma maisachatada.

Essa clássificação é baseada na aparente elipsidade no céu, nnecessariamente diz algo sobre sua elipsidade real


Galáxias EspiraisGaláxias espirais são classificadas de A a C, sendo o A com brçosmais enrolados e núcleo maior e C com braços menos enrolados enúcleo menor

Elas também possuem uma variação Sb que possuem uma barra deonde saem os braços

Não se sabe ao certo o que gera essa barra, acredita-se porém queseja uma resposta a alguma perturbação gravitacional


Galáxias LenticularesSão galáxias que possuem núcleo, disco e halo porém, ao contráriodas espirais, não apresentam estrutura espiral

Hubble classificou essas galáxias como S0

Galáxia lenticular M86


Velocidades

fonte: https://astrofisica.ufsc.br/material/.

As diferentes cores no espectro indicam diferentes velocidades enquanto as linhas pretas indicam a concentração de estrelas, portanto a imagem mostra duas galáxias elípticas porém com diferentes rotações

https://astrofisica.ufsc.br/material/


Velocidade nas Galáxias Espirais


Velocidade nas Galáxias Espirais Os resultados observamos mostram que a velocidade da rotação das galáxias conforme se afastam do seu disco não decresce mas se mantém constante.Tais resultados apontam para a existência de matéria não visível chamada matéria escura, dispersa pelo halo de forma uniformeEssa matéria só interage por meio da gravidade, não emite luz e, portanto, não possui carga elétrica


A Relação Tully-FisherRichard Tully e James Fisher, em 1977, descobriram que ao analisarmos a soma das linhas de absorção de umas galáxia espiral, obteremos um espectro de duplo pico diretamente relacionado a velocidade de rotação da galáxia que por sua vez também está diretamente relacionada a massa dessa galáxiaA partir da massa da galáxia é possível também calcular a magnitude desta e a também obter a distância


Populações estelares nas Galáxias Espirais ● Estrelas azuis (O e B) no disco

● Estrelas vermelhas no halo e bojo


Populações estelares nas Galáxias Espirais

Diagrama idade – metalicidade da Galáxia por Freeman & Bland-Hawthorn, 2002. TDO: Aglomerados abertos do disco fino; TDG: aglomerados do disco espesso; B: Bojo; YHG: aglomerados jovens do halo; OHG: aglomerados velhos do halo.


Populações estelares nas Galáxias Espirais

Andrômeda NGC205


Buraco Negro Supermassivo• Se medirmos as velocidades das estrelas e do gás nas

regiões centrais, e procurarmos pela radiação emitidada matéria em acreção, veremos que existe algumcorpo maciço e compacto nesta região

• Esses corpos são os Buracos Negros Supermaciços.


Buraco Negro Supermassivo

Buraco negro supermassivo no centro de M87


Galáxias ElípticasUsamos a elipticidade dessas galáxias para sua classificação.

As elípticas normais, são objetos centralmente concentradoscom luminosidades centrais relativamente altas.

Por vezes, lenticulares (S0) também são incluídas nesse grupo.


Galáxias ElípticasAs Elípticas Anãs (dE) são menores, tendo massa,densidade e metalicidade mais baixas que aselípticas normais.

Galáxias Anãs Esferoidais (dSph) têm massas edensidades extremamente baixas. Só podem ser

detectadas na vizinhança da Via Láctea.

NGC 185 (dSph)

Galáxia Anã de Fornax (dSph)


Galáxias ElípticasAs Elipticas gigantes(cD)com diâmetros de milhões de anos-luz,massas de até 10 trilhões de massas solares, são encontradas emmeio a grandes aglomerados de galáxias

Galáxias Anãs Compactas Azuis (BCD) são pequenas e azuis, oque indica formação estelar. Contêm muito gás e, emcombinação com a formação estelar emitem fortes linhas deemissão. Elas talvez fossem melhor classificadas como galáxiasirregulares.

NGC 1705


Galáxias ElípticasAchava-se que as galáxias elípticas, com exceção das dotipo BCD, não tinham gás.

De fato, por terem menos massa, essas galáxias nãoconseguem segurar gás e poeira, ficando assim, sem eles.


Galáxias ElípticasEntretanto, a grande parte das elípticas normais contêm gás, emetade delas têm poeira em uma quantidade considerável.

Frequentemente, a poeira gira em uma direção não-correlacionadaà das estrelas da galáxia.

Isso dá indícios de que a poeira pode ter sido adquirida depois daformação da galáxia.

NGC 5128


Galáxias ElípticasNas galáxias elípticas, quanto maior a luminosidade, maior amassa e a densidade, o que implica em formação estelar eenriquecimento mais rápido do meio.

Por esse motivo, o conteúdo “metálico” nas galáxias elípticasaumenta com a luminosidade.

Elas também têm gradientes de metalicidade, o que implica emgradientes de cores, sendo as regiões centrais mais vermelhas.


Massa nas Galáxias ElípticasSemelhante ao que acontece nas galáxias espirais,usamos a espectroscopia nas diferentes estrelasda galáxia e medimos o seu desvio

A largura dessa linha irá nos informar a massa adispersão de velocidade, a magnitude e também adistância, a partir da relação de Feber- Jackson

Galáxias irregularesHubble classificou como galáxias irregulares aquelas que eram privadas de qualquer simetria circular ou rotacional, apresentando uma estrutura caótica ou irregular. Muitas irregulares parecem estar sofrendo atividade de formação estelar relativamente intensa, sua aparência sendo dominada por estrelas jovens brilhantes e nuvens de gás ionizado distribuídas irregularmente.


I Zwicky 18

fonte: https://astrofisica.ufsc.br/material/

https://astrofisica.ufsc.br/material/

RedshiftEm 1912 V. Slipher ao observar o espectro de 41 galáxias da nossa vizinhança descobriu que 36 apresentavam um desvio para o vermelho

Isso contrariava a crença da época de que o universo estático teria galáxias se movendo em diversas direções

Vesto Melvin Slipher (1875 - 1969)


Lei de Hubble - LemaitreEm 1927 o matemático e padre belga Georges

Lemaître com base nos estudos da Teoria da

Relatividade, publicados por Einstein alguns anos

antes, descobriu uma relação direta entre a

velocidade de recessão das galáxias e a sua

distância. Por publicar seus resultados em francês

seu trabalho permaneceu desconhecido

Em 1929 Hubble ao realizar os mesmos cálculos

descobre de forma independente a mesma

relação de expansão do universo

Georges Lemaitre (1894 - 1966)


RedshiftAssim quando observamos uma galáxia com um elevado desvio para o vermelho, estamos observando-a como era no passadoEsse desvio, não é bem o resultado de um efeito Doppler mas do próprio alargamento do espaço entre as galáxiasEsse fenômeno é muito útil para o estudo da origem e evolução das galáxias e da história do próprio universo


Nosso lugar no UniversoAssim como as estrelas e planetas, as galáxias também se organizam em estruturas maiores, sendo a menor dessas o grupo local

Nosso grupo local é um conjunto com algo em torno de 40 galáxias com um diâmetro da ordem de 1,2 Mpc e massa de aproximadamente 4·1015 Mʘ

Grupo Local

Andromeda

• Tipo: Sb

• Diâmetro: ~40 kpc (Disco)

• Massa: 1,2·1012 Mʘ (Incerta)

• Andrômeda é visível a olho nu naconstelação de mesmo nome. Ela estáa 770 kpc de distância, 2,5 milhões deanos-luz.

Galáxia do triângulo

• Tipo: Scd,


• Massa: 5·1010 Mʘ

Também visível a olho nu sob boascondições, está a ~800 kpc dedistância da Via Láctea

Via Láctea

• Tipo: SBbc


• Massa: 2·1012 Mʘ

• Nossa casa!

Grande nuvem de Magalhães

• Tipo: Irregular

• Diâmetro: ~4,3 kpc

• Massa: 1·109 Mʘ

• Bem visível e distinta no hemisfériosul, berço de muitas estrelas

Pequena nuvem de Magalhães

• Tipo: Irregular

• Diâmetro: ~2,1 kpc

• Massa: 5,6.109 Mʘ

• Bem visível e distinta no hemisfériosul, berço de muitas estrelas

Aglomerado de Virgem• É um Aglomerado Rico e Irregular.

• Seu centro fica a 16 Mpc da Terra, e tem um diâmetrode ~3 Mpc.

• É composto por:• 250 galáxias grandes, entre eles três elípticas gigantes perto

do centro, cada uma do tamanho do Grupo Local;

• E mais de 2000 pequenas galáxias.

Superaglomerado Laniakea


Superaglomerados de galáxiasSão as maiores estruturas conhecidas no universo chegando a ter em torno de 100 Gpc

Nelas existem grandes vazios, os chamados voids

Assim, o universo não é uniforme mas possui galáxias que se distribuem de maneira semelhante a uma rede

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