Propiedades Propiedades de lasde las

Galaxias ElípticasGalaxias Elípticas

Jorge Jiménez VicenteJorge Jiménez Vicente

Depto. de Física Teórica y del CosmosDepto. de Física Teórica y del Cosmos

Universidad de GranadaUniversidad de Granada

MÁSTER FISYMATMÁSTER FISYMAT

Astrofísica AvanzadaAstrofísica Avanzada

Galaxias elípticasGalaxias elípticas

¿Son las galaxias elípticas los objetos más aburridos del universo?

TamañosTamaños

Las galaxias elípticas presentan un Las galaxias elípticas presentan un inmenso rango de variación de inmenso rango de variación de tamaños, masas y luminosidades:tamaños, masas y luminosidades: Masa - 10Masa - 10-6-6 a 5 M a 5 MVLVL Radio - 10Radio - 10-2-2 a 5 R a 5 RVLVL Luminosidad - 10Luminosidad - 10-5-5 a 7 L a 7 LVLVL

Propiedades generales y Propiedades generales y conclusiones a primera vistaconclusiones a primera vista

Rojas. (B-V)>1Rojas. (B-V)>1Distribución de luz suaveDistribución de luz suave

Alto brillo superficialAlto brillo superficial

Forma de “huevo”Forma de “huevo”Poco gas y polvoPoco gas y polvo

Sólo líneas de absorciónSólo líneas de absorción

Muchos cúmulos Muchos cúmulos globularesglobulares

Rotación no Rotación no dominantedominanteMás abundantes en Más abundantes en cúmuloscúmulos

Típicamente -22<MTípicamente -22<MBB<-<-1818

Población de estrellas Población de estrellas viejasviejas

Sistema “relajado”Sistema “relajado”

Muy densoMuy denso

Dispersión Dispersión dominantedominanteNo hay formación No hay formación estelarestelar

No hay formación No hay formación estelarestelar

Formación por Formación por interaccióninteracción

Formación por Formación por interaccióninteracción

Formación por Formación por interaccióninteracción

MasivasMasivas

Fotometría y espectrometríaFotometría y espectrometría

La fotometría mide la cantidad de luz y La fotometría mide la cantidad de luz y distribución espacial. Da información sobre distribución espacial. Da información sobre la estructura de los objetos.la estructura de los objetos.Problemas:Problemas: Efectos atmosféricosEfectos atmosféricos Brillo de cielo nocturnoBrillo de cielo nocturno Efectos instrumentalesEfectos instrumentales

Los espectros nos dan información sobreLos espectros nos dan información sobrela composición química y la cinemática:la composición química y la cinemática: Intensidad de líneas metálicas (composición).Intensidad de líneas metálicas (composición). Centro de la línea: VelocidadCentro de la línea: Velocidad Anchura de la línea: Dispersión de velocidadesAnchura de la línea: Dispersión de velocidades

Propiedades fotométricasPropiedades fotométricas El brillo superficial de las galaxias elípticasEl brillo superficial de las galaxias elípticas

se ajusta a un perfil del tipose ajusta a un perfil del tipoI(R)=II(R)=I00exp(-kRexp(-kR1/41/4))

llamada ley de “llamada ley de “de Vaucouleursde Vaucouleurs” (1948)” (1948)Normalmente se expresa como:Normalmente se expresa como:

I(R)=II(R)=Ieeexp(-7.67((R/Rexp(-7.67((R/Ree))1/41/4-1))-1))RRe e -> Radio efectivo-> Radio efectivo

Más generalmente se usa la ley de Más generalmente se usa la ley de Sérsic:Sérsic:I(R)=I(RI(R)=I(Ree)exp[-b((R/R)exp[-b((R/Ree))1/n1/n-1)]-1)]

Donde b se ajusta para que I(R<RDonde b se ajusta para que I(R<Ree)=0.5L.)=0.5L.(b (b 1.999n-0.327 para n>1) 1.999n-0.327 para n>1)

Perfil de “de Vaucouleurs”Perfil de “de Vaucouleurs”

La parte centralLa parte central• La parte central de las galaxias elípticas se “desvía” de la ley r1/4. Hay dos tipos de galaxias• Se ajustan frecuentemente por un perfil de Hubble modificado:

I(R)=I0/(1+(R/Rc)2)

• Galaxias con “core”

La parte central tiene un perfil “plano”.

• Galaxias tipo “ley de potencia”

La parte central tiene un perfil de tipo IR-

Otras leyesOtras leyes DehnenDehnen

La intensidad La intensidad “proyectada” es:“proyectada” es:

Para Para =3/2 es la ley =3/2 es la ley de dV.de dV.

Para Para =2 se llama =2 se llama ley de Jaffe y es muy ley de Jaffe y es muy utilizada por su utilizada por su conveniencia teórica.conveniencia teórica.

““Core” vs “Power law”Core” vs “Power law”

Elípticas enanas (MElípticas enanas (MBB>-18)>-18)

Son probablemente Son probablemente los objetos más los objetos más abundantes en el abundantes en el universo.universo.

Son “distintas” a Son “distintas” a las elípticas más las elípticas más brillantes.brillantes.

Algunas presentan Algunas presentan un característico un característico “core”. Se “core”. Se designan con una designan con una N.N.

Elípticas gigantes y enanasElípticas gigantes y enanas

Las elípticas enanasse ajustan mejor aun perfil exponencialque a la ley de “de Vaucouleurs”.En general, el exponenten de la ley de SérsicAumenta con la luminosidad

Perfiles fotométricosPerfiles fotométricos

Gigantes y enanas (II)Gigantes y enanas (II)

Galaxias cDGalaxias cD

Galaxias cDGalaxias cD

TriaxialidadTriaxialidad

El cambio en la dirección de los ejes principales en las isofotas de las galaxias elípticas (fundamentalmente las más luminosas) es una indicación clara de su carácter intrínsicamente triaxial

Isophotal twistsIsophotal twists

ElipticidadElipticidad

Forma: Discos y cajasForma: Discos y cajas Para medir la “desviación” de la elipticidadPara medir la “desviación” de la elipticidad

se expresa el radio de la elipse como una se expresa el radio de la elipse como una serie de Fourier en el azimut:serie de Fourier en el azimut:

R(R()= R)= R00++aanncos(ncos(n)+ )+ bbnnsen(nsen(n))

R

Formas: Discos y cajasFormas: Discos y cajas

a1,b1 contienen información sobre el centro. a2,b2 contienen información sobre la elipticidad

y el ángulo de posición. a3,b3 contienen información sobre la asimetría. a4,b4 contienen información sobre la forma de

disco o caja. Usualmente a3,b3,b4 son pequeños. El más importante es a4.

Generalmente -0.02<a4/R0<0.04

Discos y cajas: EjemplosDiscos y cajas: Ejemplos

Discos y cajas: Dos tipos Discos y cajas: Dos tipos diferentes de elípticas.diferentes de elípticas.

Discos y cajas: ResultadosDiscos y cajas: ResultadosPropiedadPropiedad Caja (aCaja (a44<0)<0) Disco (aDisco (a44>0)>0)

LuminosidadLuminosidad Alta MAlta MBB<-22<-22 Baja MBaja MBB>-18>-18

RotaciónRotación Pequeña Pequeña v/v/<1<1

Alta v/Alta v/11

AchatamientoAchatamiento AnisotropíaAnisotropía RotaciónRotación

Eje de rotaciónEje de rotación CualquieraCualquiera Eje menorEje menor

FormaForma TriaxialTriaxial ObloideObloide

Perfil centralPerfil central CoreCore Ley de Ley de potenciapotencia

Densidad Densidad centralcentral

BajaBaja AltaAlta

Luminosidad Luminosidad RadioRadio

AltaAlta BajaBaja

Luminosidad Luminosidad RxRx

AltaAlta BajaBaja

Otras estructurasOtras estructurasPresencia de polvo y gas: Hay alguna componente “joven”

Capas: Implican un espacio defases complejo -> No tan relajadas.Posiblemente indican acrecentamiento reciente de material

ISM en elípticasISM en elípticas

Medio interestelar en elípticas Medio interestelar en elípticas (II)(II)

Variaciones de color y Variaciones de color y metalicidadmetalicidad

Las galaxias elípticas son más rojas en Las galaxias elípticas son más rojas en el centro que en las partes externasel centro que en las partes externas

d(U-R)/dlogd(U-R)/dlog1010rr -0.25 d[Fe/H]/ dlog -0.25 d[Fe/H]/ dlog1010r r -0.22-0.22

Las partes más internas son más viejasLas partes más internas son más viejas

o tienen mas metales (o ambas cosas)o tienen mas metales (o ambas cosas)

Cinemática de elípticasCinemática de elípticas

Cinemática en elípticas (II)Cinemática en elípticas (II)

Típicamente poca rotación (y a veces Típicamente poca rotación (y a veces en el eje menor)en el eje menor)

A veces hay elementos A veces hay elementos contrarrotantescontrarrotantes

Kinematically decoupled cores (con Kinematically decoupled cores (con una población estelar diferenciada)una población estelar diferenciada)

Correlaciones entre Correlaciones entre parámetros globalesparámetros globales

Como conjunto, las galaxias elípticas Como conjunto, las galaxias elípticas muestran una serie de correlaciones muestran una serie de correlaciones interesantes entre sus parámetros:interesantes entre sus parámetros: Relación color-magnitudRelación color-magnitud Relación de Faber-Jackson (L vs Relación de Faber-Jackson (L vs )) Relación Brillo superficial – Radio efectivoRelación Brillo superficial – Radio efectivo Relación Abundancia – dispersión de Relación Abundancia – dispersión de

velocidad velocidad

Relación color-magnitud Relación color-magnitud (Faber, 1973 – Visvanathan & Sandage (Faber, 1973 – Visvanathan & Sandage

1977)1977)

Las galaxias másbrillantes tienenlíneas de absorción más intensas y son, en general, más rojas (aprox 0.1 mag en (u-V) cada mag en L)

Relación de Faber-Jackson Relación de Faber-Jackson (Faber & Jackson, 1976)(Faber & Jackson, 1976)

Relación Brillo superficial – Radio Relación Brillo superficial – Radio EfectivoEfectivo

((Kormendy, 1977) Kormendy, 1977)

Re=<Ie>-0.83±0.08

Las galaxias más grandes tienen menorbrillo superficial.

Relación abundancia – Relación abundancia – dispersióndispersión

Las galaxias condispersiones de velocidad mayores son másricas en metales

El plano fundamentalEl plano fundamental

Las relaciones anteriores presentan Las relaciones anteriores presentan bastante dispersión intrínseca (no bastante dispersión intrínseca (no instrumental).instrumental).

¿Sería posible encontrar un conjunto (más¿Sería posible encontrar un conjunto (más

amplio) de parámetros que reduzcan esaamplio) de parámetros que reduzcan esa

dispersión y den lugar a correlaciones másdispersión y den lugar a correlaciones más

fuertes?fuertes?

El plano fundamental (datos)El plano fundamental (datos)

El plano fundamentalEl plano fundamental Si representamos los datos de las galaxiasSi representamos los datos de las galaxiasElípticas en un sistema de coordenadasElípticas en un sistema de coordenadas

(logR(logRee, log<I, log<Iee>, log>, log00), los datos están), los datos estánconfinados en un plano cuya ecuación es:confinados en un plano cuya ecuación es:

logRlogRee= 0.36(<I= 0.36(<Iee>/>/BB)+1.4log )+1.4log 00

El teorema del virial nos dice que: El teorema del virial nos dice que: M/RM/Ree=c=cee

22 lo que, teniendo en cuenta que lo que, teniendo en cuenta que <I<Iee>=>=½ L/(½ L/(RRee

22)) , implica:, implica:logRlogRee= 0.4(<I= 0.4(<Iee>/>/BB)+2log )+2log 00+l+log[(c/2og[(c/2) (M/L)) (M/L)-1-1] ]

Ambas cosas son compatibles si (M/L)Ambas cosas son compatibles si (M/L)MM0.20.2

La relación DLa relación Dnn--

• Se deduce del plano Fundamental.• Muy útil para calcularDistancias.

Dn1.33

Galaxias elípticasGalaxias elípticas

No son tan aburridas como parecen a No son tan aburridas como parecen a primera vista. Posiblemente, muchas primera vista. Posiblemente, muchas han vivido los sucesos más violentos han vivido los sucesos más violentos que pueden sucederle a una galaxia que pueden sucederle a una galaxia (han sido formadas por colisiones de (han sido formadas por colisiones de galaxias). Son esenciales para galaxias). Son esenciales para entender los mecanismos de entender los mecanismos de evolución galáctica.evolución galáctica.