| Date post: | 02-May-2015 |
| Category: |
Documents |
| Upload: | annalisa-lupi |
| View: | 221 times |
| Download: | 3 times |
La rotazione differenziale della Galassia
La teoria della orbite epicicliche
La Galassia e' un sistema stellare 'encounterless'
Gli integrali del moto sono le quantita' che si conservano durante il moto di una stella
"La distribuzione di stelle in un sistema stellare 'encounterless'
dipende solo dalla natura di tutti gli integrali del moto"
La rotazione differenziale della Galassia
La teoria della orbite epicicliche
Rz
b
l
rsol
rθPiano Galattico
Direzione della rotazioneGalattica
Coordinate cilindriche (r, θ, z)e Galattiche (l, b)
La rotazione differenziale della Galassia
La teoria della orbite epicicliche(Il problema del terzo integrale)
Se il campo gravitazionale Galattico e':- statico (indipendente da t) - assi-simmetrico (indipendente da θ)
E (energia totale) e Jz (mom. ang. lungo z) si conservano nel moto
Le velocita' randomatiche in z e r dovrebbero essere in media ugualiFALSO!
Esiste una terza quantita' (un 3zo integrale) che si conserva nel moto!
La rotazione differenziale della Galassia
La teoria della orbite epicicliche
I fondamenti per la comprensione delle orbite nel disco Galattico sono stati forniti da Bertil Lindblad
Di fondamentale importanza sono le orbite circolari in quanto fra tutte le orbite con un dato momento angolare J quelle
circolari hanno energia E minima
La rotazione differenziale della Galassia
La teoria della orbite epicicliche
Una stella di disco avra' pero' di solito una componente di moto non circolare
)()( JEEJEE circveracircvera (vero per stelle di disco)(J)Eε circ Se
L'orbita della stella avra' piccole oscillazioni nelle 3 dimensioni attorno ad un epicentro. In un disco sottile le oscillazioni nell'asse z sono disaccoppiate da quelle sul piano e l'energia associata si conserva (quasi) indipendentemente da quella delle orbite sul piano.
L'energia della componente z dei moti noncircolari e' il 3zo integrale
La rotazione differenziale della Galassia
La teoria della orbite epicicliche
Le oscillazioni nelle direzioni r e θ avvengono con frequenza epiciclica κ
Per un osservatore inerziale: se κ = Ω -> orbita chiusa (Newton)
se κ = Ω -> orbita "a rosetta"
Per un osservatore che ruota con l'epicentro: - La stella descrive un'ellisse retrograda - Il rapporto fra i due assi dell'ellisse= κ/2 Ω κ e Ω possono essere calcolati in funzione delle
costanti di Ooort A e B (se il rapporto e' = 1 -> l'ellisse e' un cerchio)
+Centro Galattico
Ω
κepicenter
La differenza fra le velocita' di dispersione nelle direzioni r e θ hanno indicato a Lindblad che la rotazione Galattica e' differenziale
La rotazione differenziale della Galassia
La rotazione differenziale su larga scala
Per studiare la struttura a larga scala della Galassia dobbiamo conoscere la velocita' di rotazione anche di posizioni diverse dal Sole.
Nell'ottico: estinzione! solo regioni vicine al Sole
Nel radio: transizione λ= 21 cm (1945, van de Hulst, incoraggiato da Ooort) No estinzione! Grandi distanze dal Sole
La rotazione differenziale della Galassia
La rotazione differenziale su larga scala
La conoscenza della velocita' di rotazione del Sole
+La misura della velocita' rotazionale
relativa della nube nel punto tangente (2)+
La sua geometria unica=
La velocita' rotazionale assoluta della nube nel punto tangente
1+3
4+gas locale
25
V||Vmax
fλ
velocita' radiale
inte
nsi
ta' d
ella
rig
a 21
-cm
La rotazione differenziale della Galassia
La rotazione differenziale su larga scala
)sin(lrr sol
)sin()( max lrVrv solsol
La rotazione differenziale della Galassia
La rotazione differenziale su larga scala
Osservando nubi HI a diverse longitudini Galattiche l si puo' ottenere la velocita' rotazionale per varie distanze radiali (di punti tangenti).
Si ottiene cosi' la curva di rotazione della Galassia (vedi a lato)
Questo metodo funziona solo per punti interni all'orbita solare (fuori non
c'e' punto tangente).distanza dal centro Galattico (x1000 LYs)
0
velo
cita
' rot
azio
nal
e (k
m/s
)
100
200
300
3015
Il metodo descritto prima funziona solo per punti interni all'orbita solare (fuori non c'e' punto tangente)
Il metodo classico per estendere la curva di rotazione oltre l'orbita solare usa le Cefeidi, ma non e' molto valido.
Un metodo migliore, proposto da L. Blitz, usa i complessi giganti di regioni HII (distanze ricavate dalla fotometria ottica) e le associate nubi molecolari giganti (GMCs) (velocita' radiali
ricavate dal CO).
distanza dal centro Galattico (x1000 LYs)
0
velo
cita
' rot
azio
nal
e (k
m/s
)
100
200
300
3015 45 60 75
CO
rotazioneuniforme
rotazionekepleriana
La rotazione differenziale della Galassia
La rotazione differenziale su larga scala
La rotazione differenziale della Galassia
La rotazione differenziale su larga scala
Dalla curva di rotazione si evince, fra l'altro, che:• la Galassia ha una rotazione differenziale• la distribuzione di massa e' estesa e non puntiforme
Modelli di Massa (Mass Models)Sono modelli per determinare la distribuzione della materia nelle
direzioni || e al piano Galattico
I modelli (ancora in discussione) richiedono tre componenti:1. Un bulge centrale2. Un disco piatto3. Un alone massivo (di materia non-luminosa? La curva di rotazione rimane
alta e il rapporto M/L e' elevato nella parte esterna della Galassia)
La rotazione differenziale della Galassia
Lo spessore del gas nel disco (r < rsol)
Osservando anche a latitudini Galattiche b > 0 si puo' misurare lo spessore del disco S:
• HI ... S ~ 700 LYs (per r < rsol)• CO ... S ~ 300 LYs (per r < rsol)
Il rapporto fra il diametro D e lo spessore S della Galassia (per r < rsol) e'~ 60000/500 = 120
Scalando...una carta di creditouna carta di credito
La rotazione differenziale della Galassia
Lo spessore del gas nel disco (r > rsol)
L'HI diventa considerevolmente piu' spesso per r > rsol
La densita' di massa superficiale di stelle si riduce nelle parti esterne della Galassia si riduce l'attrazione gravitazionale del disco Galattico
ma rimane un certo grado di supporto dei moti randomatici e del campo
magnetico lo strato di HI si "apre"
La rotazione differenziale della Galassia
Lo spessore del gas nel disco (r > rsol)
L'HI presenta un warp per r > rsol
Forse l'interazione della Galassia con le Nubi di Magellano (LMC e SMC)ha causato questa caratteristica (???)
La forza mareale causata da un incontro ravvicinato fra galassie potrebbe avere "strappato" materiale dalle Nubi (Mathewson & Cleary)
come accade per le stelle binarie
La rotazione differenziale della Galassia
Distanze cinematiche
Se i metodi ottici per misurare le distanze non sono praticabili(come speso nel caso del disco Galattico [estinzione])
RadioastronomiaRadioastronomia
Velocita' rotazionale per ogni r+
Componente della velocita' lungo la l.o.s. (Effetto Doppler)=
Posizione sorgente radio
Se non siamo in un punto tangente, o non siamo esterni all'orbita del Sole...AMBIGUITA'...
La rotazione differenziale della Galassia
Distanze cinematiche
)sin()(|| lrrV solsol
Se conosciamo la forma funzionale di Ω(r) -> r
La rotazione differenziale della Galassia
Distanze cinematiche
- Osservando la sorgente a diverse latitudini b- Assumendo uno spessore del Disco costante ovunque
Si rimuove l'ambiguita'
Dimensione angolare estesa =
punto vicino
Dimensione angolare piccola =
punto lontano
Il metodo non e' applicabile al CO (o la riga H109α) perche' le sorgenti sono discrete e statisticamente poche
La struttura a spiraleE' risaputo che molte galassie hanno forma a spirale
Nell'ottico tale struttura e' evidenziata da stelle OB e le regioni HII
La galassia Andromeda; M31Picture Credit: The Electronic Universe Project La galassia Whirlpool; M51
Image Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Acknowledgment: N. Scoville (Caltech) and T. Rector (NOAO)
La struttura a spirale
Nonostante alcuni tentativi (es. Morgan, Sharpless & Osterbrock 1951), una visione globale della struttura a spirale della nostra Galassia ha dovuto attendere lo
sviluppo della Radioastronomia
Oort, Westerhout & Kerr 1958Emissione di riga HI(Olanda e Australia)
Posizione dell'HI: metodo delle distanze cinematiche
Abbondanza dell'HI: derivato dall'intensita' della riga
Questa mappa non la dice tutta!
La struttura a spirale
L'assunzione principale e' che il gas si muova su orbite esattamente circolari
Questa assunzione va contro la teoria della struttura a spirale (vedi dopo)
Piccole deviazioni dal moto puramente circolare causano cambiamenti significativi nella mappa
Le dita di gas che escono dal Sole ne sono un esempio (il gas vicino al Sole dovrebbe avere V(LSR) ~ 0, ma a causa dei moti non-rotazionali la vera distribuzione viene allungata)
La struttura a spirale
Gli oggetti associati con stelle OB, sono:- regioni HII- nubi molecolari- resti di supernova- raggi γ
Sommando su anelli concentrici l'abbondanza di questi anelli si ottiene:
• un picco per rsol/2• un decadimento fino a rsol
La struttura a spirale e' confinata fra ~ rsol/2 e ~ rsol (oltre, i traccianti si indeboliscono)
La struttura a spirale
La natura dei bracci a spirale
NGC4622 (tipo Sb)Image Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
La struttura a spirale e' evidenziata da complessi di regioni HII giganti illuminate
(per fluorescenza) da stelle OB
Vita di una Galassia: ~ 1010 anni
Vita di una stelle OB: ~ 106 anni
Formazione continua di nuove stelle
