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Formación y Evolución de galaxias Patricia Sánchez-Blázquez (UAM) Mercedes Mollá (CIEMAT)

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Presentación del tema: "Formación y Evolución de galaxias Patricia Sánchez-Blázquez (UAM) Mercedes Mollá (CIEMAT)"— Transcripción de la presentación:

1 Formación y Evolución de galaxias Patricia Sánchez-Blázquez (UAM) Mercedes Mollá (CIEMAT)

2 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI GALAXIAS: ESTRELLAS y ENRIQUECIMIENTO QUÍMICO Formación de estructuras: simulaciones cosmológicas de formación de galaxias: como el gas forma galaxias Formación de estrellas Composición del Universo: 5% de materia normal 25% materia oscura 70% energía oscura Tipos de galaxias Evolución morfológica de galaxias Vida y muerte de estrellas. Evolución estelar: vidas medias y nucleosíntesis

3 Formación de estrellas dentro de una galaxia Como evoluciona una galaxia por la evolución de sus estrellas Parte II Poblaciones Estelares Enriquecimiento químico

4 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Secuencia morfológica de galaxias

5 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Hay 40 galaxias en el grupo local de las cuales 37 son enanas: dE´s alrededor de M31 dSph´s alrededor de MWG y M31 dIrr´s las m á s alejadas del centro

6 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Cada galaxia está en un halo de materia oscura Dentro del halo está el disco que es la parte brillante

7 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Estamos aquí Bulbo Barra Disco Brazos Existen galaxias espirales con un bulbo prominente y otras con menos bulbo o ninguno Galaxia espiral simulando la Vía Láctea Distancia Sol-Centro Galactico= 8kpc=25x10 16 km=26000 años-luz

8 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Dentro de una galaxia se forman estrellas

9 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI PROTOESTRELLA Nube de gas en colapso gravitatorio Fraccionamiento Aumento de la temperatura Cuando un gas sufre un aumento de presión o se expande o se calienta Las estrellas se forman a partir de nubes de gas Estas nubes estan compuestas de gas molecular frío La propia masa hace que se condensen por gravedad en la zona central Aumenta la densidad y la presión central hasta que las condiciones son suficientes para que comience a haber reacciones nucleares de fusión: equilibrio hidrostático Eva Villaver & Pepe Cernicharo

10 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI La posición de las estrellas en este diagrama depende de su masa y de su edad Las masivas van arriba, las de menos masa en la parte de abajo en la secuencia principal A medida que envejecen se van saliendo de esta línea hacia arriba y a la derecha Cuando se les acaba el combustible acaban como enanas blancas o estrellas de neutrones

11 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

12 SECUENCIA PRINCIPAL g g g Pr Duración inversa a la masa: Masa Vida A partir de 10 7 K : H He Presión de Radiación equilibrio Gravedad Etapa estable y larga Temperatura Efectiva : OBAFGKMOBAFGKM Más de º º º 7.500º º 6.000º º 5.000º º 3.500º º Menos de 3.500º Masa del Sol: 2 x Kg Radio del Sol: Km Temperatura del sol: 5.815º

13 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Nebulosa del Aguila: región donde estan formandose estrellas, estrellas recien nacidas. Está a 6500 años-luz. La imagen esta hecha con XMMM-Newton (rayos-X) + imagen infraroja de Herschel. Hay una remanente de supernova en su interior, cuya onda de choque destruira las estructuras, incluyendo los conocidos Pilares del Universo. Créditos: Far-infrared: ESA/Herschel/PACS/SPIRE/Hill, Motte, HOBYS Key Programme Consortium X-ray: ESA/XMM-Newton/EPIC/XMM-Newton SOC/Boulanger

14 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI GIGANTE ROJA La fase comienza cuando se acaba el combustible g g g Desequilibrio Separación entre el núcleo y la envoltura Colapso Gravitatorio Aumento de P y T Inicio de nuevas reacciones: He C Expansión enorme Reducción de P y T Color Rojo

15 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

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17 La relación del Pto de Giro con la HBLa relación del Pto de Giro con la HB La relación del pto de giro con la rama RSGLa relación del pto de giro con la rama RSG Extensión del blueloopExtensión del blueloop Rama de la subgigantesRama de la subgigantes DIAGRAMAS COLOR_MAGNITUD: equivalente del diagrama H-R para las estrellas

18 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI CONCEPTO: Población estelar es un conjunto de estrellas de la misma edad y la misma composición química… Es decir que se ha formado en el mismo tiempo de una sola vez. Baade (1994) POBLACIONES ESTELARES –Población I: estrellas como las de la Vecindad Solar, asociadas al disco galáctico. –Población II: Estrellas asociadas al halo galáctico distribuidas esferoidalmente Son objetos jóvenes, de alto contenido metálico y con pequeñas dispersiones de velocidades Son objetos viejos, pobres en metales y con dispersiones altas.

19 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Con el Hubble se han observado hasta estrellas a la vez. HST Nuevos diagramas HR

20 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI CUMULOS GLOBULARES Los c ú mulos globulares reagrupan varios millones de estrellas, a veces centenares de millones, extremadamente concentrados en un grupo compacto de simetr í a esf é rica. Est á n distribuidos en el halo y en el bulbo de forma esf é rica, movi é ndose en ó rbitas muy alargadas que pasan cerca del centro gal á ctico. En las galaxias externas cercanas como M31 y M33 tambi é n se han visto alrededor del disco.

21 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

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24 Cúmulos abiertos con una amplitud grande en edad y en Z Cúmulos abiertos con una amplitud grande en edad y en Z Tienen una estructura mucho más abierta que los CG y contienen solo centenares de estrellas. Se mueven siguiendo la rotación galáctica, ( pequeña) Tienen una estructura mucho más abierta que los CG y contienen solo centenares de estrellas. Se mueven siguiendo la rotación galáctica, ( pequeña) Se han formado en nubes interestelares que ya eran ricas en elementos pesados. Se han formado en nubes interestelares que ya eran ricas en elementos pesados. Pertenecen al disco galáctico y contienen población I. Pertenecen al disco galáctico y contienen población I. Numerosas gigantes azules rodeadas de gas y variables Cefeidas. Numerosas gigantes azules rodeadas de gas y variables Cefeidas. La edad es variable, desde 70 Ga hasta cientos de Ga. La edad es variable, desde 70 Ga hasta cientos de Ga.

25 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

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27 La posición de las estrellas en este diagrama depende de su masa y de su edad Las masivas van arriba, las de menos masa en la parte de abajo en la secuencia principal A medida que envejecen se van saliendo de esta línea hacia arriba y a la derecha Cuando se les acaba el combustible acaban como enanas blancas o estrellas de neutrones

28 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Almería, Enero 2012 Física Nuclear y Nucleosíntesis Atomo: núcleo rodeado de electrones, carga eléctrica negativa Núcleo atómico: neutrones y protones, carga eléctrica positiva Dos núcleos, con cargas positivas, se repelen como dos polos iguales de un imán Necesitan superar una cierta distancia…cuando estan muy cerca le interacción nuclear o fuerza fuerte puede a la interacción electromagnética La fusión nuclear o fusión de dos núcleos atómicos produce un nuevo núcleo atómico (corresponde a otro elemento químico) y E

29 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Ciclo pp: estrellas de baja masa m<4Mo Ciclo pp+CNO: estrellas de masa intermedia 4Mo< m < 8Mo Ciclo CNO+ captura : estrellas masivas m > 8Mo

30 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Eva Villaver

31 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Production of nuclei in stars: Stellar yields Intermediate mass stars: 4 Msun< m < 8 Msun Burning of 12C CNO cycle Production of N (primary) Eva Villaver

32 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Cuando una estrella pequeña (como el sol) se muere lo hace en forma lenta: NEBULOSA PLANETARIA

33 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Producción de núcleos atómicos Estrellas masiva: m > 8Msun Producción de elementos por procesos alfa

34 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

35 Cuando una estrella grande se muere lo hace con una explosión enorme: SUPERNOVA Durante la explosión se produce la nucleosíntesis explosiva inducida por la onda de choque. Se crean elementos más allá del Hierro

36 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Los elementos químicos se forman por tres procesos El oxígeno se crea en estrellas muy masivas (de más de 25 masas solares) El nitrógeno se produce parcialmente por estrellas de masa menor de 8 masas solares El hierro se produce en las explosiones de las llamadas supernovas de tipo Ia que son explosiones termonucleares de sistemas binarios En los centros de las estrellas comienzan los procesos de fusión nuclear Los diferentes elementos son expulsados por diferentes tipos de estrellas:

37 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Cardiff, October 2011 Low mass stars produce He and C12 Intermediate mass stars produce C,N and O Massive stars produce O,Ne,Mg,S..,N, and Fe Binary Systems, SNIa Fe Cycle pp: low mass stars m 8Mo The meanlifetimes of different stars explain the relative abundances of elements

38 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

39 Espectros estelares: relación con la masa inicial

40 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Espectros de poblaciones estelares

41 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Variacion con metalicidad

42 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Sbc= MWG Scd= M33 Im =NGC300 Buzzoni (2005) Coleman(1980) POBLACIONES ESTELARES INTEGRADAS

43 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI HISTORIA DE LA FORMACI Ó N ESTELAR La historia de la formaci ó n estelar se determina comparando un diagrama observado o un espectro observado con otro calculado. Para ello se usan: 1.Trazas evolutivas de estrellas individuales 2.Una funci ó n inicial de masas 3.Una ley de enrojecimiento 4.Una ley de formaci ó n estelar En el caso de observar una galaxia completa y obtener un espectro integrado, tenemos poblaciones estelares de diversas edades y metalicidades mezcladas, muchas generaciones de estrellas superpuestas ¿cómo analizar o interpretar estas observaciones?

44 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Una población vieja y pobre en metales puede tener un espectro similar al de una población joven más metálica Degeneración edad-metalicidad

45 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI La relación de las distribuciones espectrales de energía con las historias de formación estelar y enriquecimiento químico SFH y AMR

46 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

47 Gradientes de abundancia en discos Relación de gradientes con la formación de estrellas en distintas regiones de los discos

48 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Cardiff, October 2011 THE RADIAL GRADIENTS OF CNO ABUNDANCES

49 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXICardiff, October 2011 Los puntos negros representan modelos teóricos en el plano N/O vs O/H comparados con datos (puntos azules y verdes) Nitrogeno vs Oxigeno

50 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Cardiff, October 2011 Galex data (Mallery et al. 2007) THE RELATION N/O-SFR-SFH

51 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Relación masa-metalicidad F. Rosales, 2012, astroph

52 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI

53 NGC3603-HST

54 Julio 2012, La Cristalera, La Astrofísica del siglo XXI Pleyades

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56 Almería, Enero 2012


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