Propiedades de las Galaxias Elpticas Jorge Jimnez Vicente

Propiedades de las Galaxias Elípticas Jorge Jiménez Vicente Depto. de Física Teórica y del Cosmos Universidad de Granada MÁSTER FISYMAT Astrofísica Avanzada

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

Tamaños n Las galaxias elípticas presentan un inmenso rango de variación de tamaños, masas y luminosidades: Masa - 10 -6 a 5 MVL n Radio - 10 -2 a 5 RVL n Luminosidad - 10 -5 a 7 LVL n

Propiedades generales y conclusiones a primera vista Rojas. (B-V)>1 Población de estrellas viejas Distribución de luz suave Alto brillo superficial Forma de “huevo” Sistema “relajado” Muy denso Dispersión dominante Poco gas y polvo Sólo líneas de absorción Muchos cúmulos globulares No hay formación estelar Formación por interacción Rotación no dominante Formación por interacción Más abundantes en cúmulos Formación por interacción Masivas Típicamente -22<MB<-18

Fotometría y espectrometría n La fotometría mide la cantidad de luz y distribución espacial. Da información sobre la estructura de los objetos. Problemas: n n Efectos atmosféricos Brillo de cielo nocturno Efectos instrumentales Los espectros nos dan información sobre la composición química y la cinemática: n n n Intensidad de líneas metálicas (composición). Centro de la línea: Velocidad Anchura de la línea: Dispersión de velocidades

Propiedades fotométricas n n El brillo superficial de las galaxias elípticas se ajusta a un perfil del tipo I(R)=I 0 exp(-k. R 1/4) llamada ley de “de Vaucouleurs” (1948) Normalmente se expresa como: I(R)=Ieexp(-7. 67((R/Re)1/4 -1)) Re -> Radio efectivo Más generalmente se usa la ley de Sérsic: I(R)=I(Re)exp[-b((R/Re)1/n-1)] Donde b se ajusta para que I(R<Re)=0. 5 L. (b 1. 999 n-0. 327 para n>1)

Perfil de “de Vaucouleurs”

La parte central • La parte central de las galaxias elípticas se “desvía” de la ley r 1/4. Hay dos tipos de galaxias • Se ajustan frecuentemente por un perfil de Hubble modificado: I(R)=I 0/(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 I R-

n n Dehnen Otras leyes La intensidad “proyectada” es: Para =3/2 es la ley de d. V. Para =2 se llama ley de Jaffe y es muy utilizada por su conveniencia teórica.

“Core” vs “Power law”

Elípticas enanas (MB>-18) n n n Son probablemente los objetos más abundantes en el universo. Son “distintas” a las elípticas más brillantes. Algunas presentan un característico “core”. Se designan con una N.

Elípticas gigantes y enanas Las elípticas enanas se ajustan mejor a un perfil exponencial que a la ley de “de Vaucouleurs”. En general, el exponente n de la ley de Sérsic Aumenta con la luminosidad

Perfiles fotométricos

Gigantes y enanas (II)

Galaxias c. D

Galaxias c. D

Triaxialidad 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 twists

Elipticidad

Forma: Discos y cajas n Para medir la “desviación” de la elipticidad se expresa el radio de la elipse como una serie de Fourier en el azimut: R( )= R 0+ ancos(n )+ bnsen(n ) R

Formas: Discos y cajas n n n a 1, b 1 contienen información sobre el centro. a 2, b 2 contienen información sobre la elipticidad y el ángulo de posición. a 3, b 3 contienen información sobre la asimetría. a 4, b 4 contienen información sobre la forma de disco o caja. Usualmente a 3, b 4 son pequeños. El más importante es a 4. Generalmente -0. 02<a 4/R 0<0. 04

Discos y cajas: Ejemplos

Discos y cajas: Dos tipos diferentes de elípticas.

Discos y cajas: Resultados Propiedad Luminosidad Rotación Achatamiento Eje de rotación Forma Perfil central Densidad central Luminosidad Radio Luminosidad Rx Caja (a 4<0) Alta MB<-22 Pequeña v/ <1 Anisotropía Cualquiera Triaxial Core Baja Alta Disco (a 4>0) Baja MB>-18 Alta v/ 1 Rotación Eje menor Obloide Ley de potencia Alta Baja

Otras estructuras Presencia de polvo y gas: Hay alguna componente “joven” Capas: Implican un espacio de fases complejo -> No tan relajadas. Posiblemente indican acrecentamiento reciente de material

ISM en elípticas

Medio interestelar en elípticas (II)

Variaciones de color y metalicidad n Las galaxias elípticas son más rojas en el centro que en las partes externas d(U-R)/dlog 10 r -0. 25 d[Fe/H]/ dlog 10 r -0. 22 n Las partes más internas son más viejas o tienen mas metales (o ambas cosas)

Cinemática de elípticas

Cinemática en elípticas (II) n n n Típicamente poca rotación (y a veces en el eje menor) A veces hay elementos contrarrotantes Kinematically decoupled cores (con una población estelar diferenciada)

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

Relación color-magnitud (Faber, 1973 – Visvanathan & Sandage 1977) Las galaxias más brillantes tienen líneas 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 (Faber & Jackson, 1976)

Relación Brillo superficial – Radio Efectivo (Kormendy, 1977) Re=<Ie>-0. 83± 0. 08 Las galaxias más grandes tienen menor brillo superficial.

Relación abundancia – dispersión Las galaxias con dispersiones de velocidad mayores son más ricas en metales

El plano fundamental n n Las relaciones anteriores presentan bastante dispersión intrínseca (no instrumental). ¿Sería posible encontrar un conjunto (más amplio) de parámetros que reduzcan esa dispersión y den lugar a correlaciones más fuertes?

El plano fundamental (datos)

El plano fundamental Si representamos los datos de las galaxias Elípticas en un sistema de coordenadas (log. Re, log<Ie>, log 0), los datos están confinados en un plano cuya ecuación es: log. Re= 0. 36(<Ie>/ B)+1. 4 log 0 n El teorema del virial nos dice que: M/Re=c e 2 lo que, teniendo en cuenta que <Ie>=½ L/( Re 2) , implica: n log. Re= 0. 4(<Ie>/ B)+2 log 0+log[(c/2 ) (M/L)-1] Ambas cosas son compatibles si (M/L) M 0. 2

La relación Dn- Dn 1. 33 • Se deduce del plano Fundamental. • Muy útil para calcular Distancias.

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