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El Funcionamiento de las El Funcionamiento de las GalaxiasGalaxias

Luis F. Quiroga P.Luis F. Quiroga P.Estructura y Física del Universo

Última actualización: 2009/02/26

Luis F. Quiroga P.

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¿Por qué las galaxias tienen esas formas ¿Por qué las galaxias tienen esas formas ??

Para contestar esta pregunta debemos tener en cuenta de que están hechas las galaxias.

Gas, polvo y estrellas son los componentes mayoritarios de estas estructuras. Planetas, cometas, asteroides, etc…, son cuerpos que no definen éstas formas tan regulares en el universo.

¿Por qué son diferentes ¿Por qué son diferentes morfologicamente las galaxias morfologicamente las galaxias elípticas y las espirales? elípticas y las espirales?

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Las elípticas y las espirales tienen formas distintas. ¿Por qué?:• Distribución diferente de estrellas• ¿Movimiento?

Cumulo globular

El movimiento de las estrellas en una El movimiento de las estrellas en una galaxia elípticagalaxia elíptica

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En las galaxias elípticas hay muy poco gas, por lo tanto en principio las estrellas solo interactúan con otras estrellas.

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El movimiento de las estrellas dentro de la galaxia determinasu forma y principales características morfológicas.

Debido a las orbitas tan particulares de las estrellas la rotación de la galaxia como un todo es prácticamente nula.

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Ahora ya no es difícil pensar que la forma de una galaxia elíptica no depende de su rotación como un todo.

¿Por qué las hay esféricas perfectas y achatadas?

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Las galaxias elípticas más “redondas” tienen estrellas moviéndose de una manera más desordenada e incoherente y se dice que son soportadas primordialmente por presión (como si fuese un gas); es decir, la estructura mantiene su forma porque ésta depende de la dispersión de velocidades en su interior, por lo tanto la galaxia no tiende a relajarse a sistemas mas tranquilos como lo son los discos.

En cambio hay otras que son soportadas por rotación, en las cuales las estrellas tienen una tendencia a moverse en una dirección específica, lo que produce efectos centrífugos que achatan la galaxia.

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Soportada por presión

Igual velocidad en todasdirecciones

Velocidad mayor en la Dirección del eje mayor

¿Cómo se mueven las estrellas en una ¿Cómo se mueven las estrellas en una galaxia espiral?galaxia espiral?

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Hay distintas componentes (se detallará más adelante)

¿Cómo se mueven el gas, polvo y ¿Cómo se mueven el gas, polvo y las estrellas en un disco?las estrellas en un disco?

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Para ubicar los puntos dentro de un disco es conveniente definir un sistema de referencia que se acomode a las simetrías del mismo.

?

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,,En este sistema tenemos:

que son las velocidades radiales, angulares o de rotación y en dirección perpendicular al plano respectivamente de un objeto sobre el disco.

Es notorio que los movimientos de las estrellas dentro de una distribución discoidal no es tan sencilla como parece:

0 Significa que la estrella se aleja o se acerca al centro de la galaxia

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0 Es la velocidad con la que gira la estrella respecto al centro.

0Z La estrella sube y baja del plano medio galáctico.

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La rotación de la galaxia no es en el sentido que nos muestren los brazos espirales, sino que es en el sentido neto de rotación de las estrellas que componen el disco!!!

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Rotación diferencial:Es el hecho de que las estrellas en el disco no tienen la misma velocidad de rotación si la recorremos por un mismo radio, es decir, la galaxia no se mueve toda al mismo ritmo.

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En las componentes esferoidales el comportamiento de las estrellas es casi el mismo que en una galaxia elíptica, solo que en el bulbo no hay una diferencia tan marcada entre los efectos de rotación y los de presión.

En las distribuciones esféricas

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El halo esta compuesto por las llamadas estrellas de campo,es un manto esférico que rodea toda la galaxia pero con una densidad de estrellas muy pobre y no forma nuevas, por lo tanto es casi invisible.

Sus estrellas se mueven de forma muy similar a las de una elíptica, aunque por rodear la galaxia éstas atraviesan el disco de la galaxia e interactúan con las otras dos componentes.

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¿Cómo se cuales estrellas de campo están atravesando el disco?

Sus trayectorias son muy distintas a la de las del disco (tienen

velocidades de dispersión ) y su edad y composición química son

diferentes a las de las estrellas del disco

Su velocidad es mucho mayor que aquellas observadas en el disco.

Los brazos espiralesLos brazos espirales

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Todavía no se sabe a ciencia cierta cual es la causa de su formación y sostenimiento.

Bertil Lindblad es el primero que intenta dar una explicación del fenómeno, afirmaba que había un brazo radial y que debido a la rotación diferencial dentro del disco se enrollaba hasta abrazar el centro de la galaxia.

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Algunas teorías afirman que es por las ondas de choque de las supernovas que explotan dentro de la galaxia, pero hay problemas con la dirección en que rotan. La primera aceptada es la de C.

C. Lin y Frank Shu en 1964, quienes pensaban que eran ondas de densidad espirales, las cuales eran producto de la variación de las elípses por donde se mueven las estrellas en el disco.

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Galaxias espiralesDe brazos “floculentes”

En los brazos espirales es donde se forman las estrellas!!

Brazos trailing y leadingBrazos trailing y leading

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Se ha observado en muchas ocasiones los conocidos como brazos trailing, que no son mas que brazos espirales que rotan en sentido contrario al que lo hace la galaxia.

Los leading son los que giran al mismo sentido de la galaxia(en NGC 4622 ocurren los dos fenómenos).

El radio de corrotaciónEl radio de corrotación Es el radio en el que las estrellas en el disco y los

brazos espirales tienen la misma velocidad.

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Los brazos espirales aumentan su velocidad con el radio; por lo tanto, en radios menores al de corrotación las estrellas se pasan al brazo, y en radios superiores el brazo se le adelanta a las estrellas.

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Un buen dato!!Un buen dato!!

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¿las estrellas se chocan?

Tiempo libre medio

Camino libre medio, es la densidad numérica de estrellas.

Sección eficaz, es el radio del sol

velocidad aleatoria promediov

n

1 13.0 pcn

20 )2( R cmR 10

0 1096.6

140 kmsv

yr1910

¿Qué causa estos movimientos?¿Qué causa estos movimientos?

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• La curva de rotación:Es una curva que relaciona la velocidad circular de una estrella en el disco con el radio al que se encuentra.

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Cerca al centro de la galaxia la velocidad circular de las estrellas es proporcional al radio.

Cuando nos alejamos del centro deberíamos obtener una rotación kepleriana.

La curva de rotación de una galaxia no exhibe una composición de las dos curvas anteriores.

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• La gravedad en una distribución esférica:

R

rM m

En una esfera homogénea la gravedad experimentada por una estrella es debida únicamente por la masa que hay en el interior de su orbita.

red

GMmF ˆ

2

,

,m

Bulbo

Disco

En el bulbo a medidaQue me alejo hay más

Materia y la atracción es más Fuerte, por lo tanto la velocidad

Es mayor

La mayor parte de la masa estaEn el bulbo de modo que en el discoCuando me alejo del bulbo, las estrellasSienten menos fuerza, entoncesDeberían tener una veloidad menor

BibliografíaBibliografía• Bradley w. Carroll, Dale A. Ostlie, An Intriduction To

Modern Astrophysics, second edition, 2007, Cap. 24• James Binney, scott Tremaine, Galactic Dynamics,

1994, Cap. 1• L. S. Sparke, J. S. Gallagher, Glaxies in the Universe:

An Introduction, second edition, 2007, Cap. 2,3,5 y 6.• Google• Wikipedia

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