Fotometria superficiale delle galassie

Presentazione sul tema: "Fotometria superficiale delle galassie"— Transcript della presentazione:

1 Fotometria superficiale delle galassie
Enrico Maria Corsini Dipartimento di Astronomia Università di Padova Lezioni del corso di Astrofisica I V.O. A.A

2 Sommario SB, isofote, luminosità, magnitudini, raggi
Profili radiali di SB Forma delle isofote Profili fotometrici delle galassie ellittiche e dei bulge Profili fotometrici dei dischi Decomposizioni fotometriche

3 Brillanza superficiale
Per ciascun punto di una sorgente luminosa estesa si definisce come brillanza superficiale = I = F/ è la SB in unità lineari (e.g. L pc-2)  = -2.5 log I + costante è la SB in unità di magnitudine (i.e. mag arcsec-2) [B =25 significa SB = 25 mag arcsec-2 in banda B] flusso angolo solido unitario

4 la SB non dipende dalla distanza (nell’universo locale):
F L / 4D L  A / D  A I = = =   F F = flusso misurato dall’osservatore L = luminosità della sorgente A = area della sorgente D = distanza dall’osservatore  = angolo solido sotteso dalla sorgente

5 Isofote Un’isofota unisce tutti i punti con la stessa SB N E 1’ 10”
NGC 1291 ha due barre B=16.78 B=21.28

6 Falsi colori (=isofote)
SB residua (=la galassia si estende oltre i limiti dell’immagine)

7 Il diametro isofotale è il diametro a cui viene raggiunto un particulare livello di SB
In RC3 D25 è il diametro dell’isofota a cui B =25 mag arcsec-2 (dopo aver corretto per inclinazione ed estinzione) N E Dn è il diametro dell’isofota entro cui <B>=20.75 mag arcsec-2 1’ For NGC 1291 D25=10’= 6.4 kpc

8 Luminosità e magnitudine totale
Se I(r,) è la SB in P(r,) allora la luminosità totale LT è: Se le isofote sono circolari LT è: La magnitudine totale mT è:

9 dA=r dr d dL = I dA = I r dr d L =  I dA =  I r dr d y P (r,) I (r,) r  x dA = 2r dr dL = I dA = 2 I r dr L =  I dA = 2  I r dr r P(r) I (r)

10 Raggio equivalente ed efficace
Il raggio equivalente r* di una isofota di area A è: La luminosità integrata L(r*) entro r* è: La luminosità integrata relativa k(r*) entro r* è: Il raggio efficace re corresponde a: k(re)=1/2

11 A = r*2 A r* r*=A/ A = ab A = r*2 b r* a r*=ab

12 Profili radiali di brillanza superficiale
Descrivono l’andamento della SB in funzione della distanza dal centro

13 I profili “foldati” sono ottenuti come:
I(|X|)= I(X)+I(-X) 2 1. profilo foldato lungo la barra principale 2. profilo foldato lungo la barra secondaria

14 il profilo radiale di SB in funzione di r
il profilo radiale di SB in funzione di r* descrive la distribuzione di luce di una galassia nel suo complesso profilo radiale di SB di NGC 1291 in funzione di r*

15 k=k(r*) k=k() k(re)=0.5 k(re)=0.5 SB efficace: e=22.54
I /Isky=0.05 k=k() k(re)=0.5 k(re)=0.5 sky=22.7 raggio efficace: re=1.54’ SB efficace: e=22.54

16 Brillanza superficiale del cielo

17 Luminosità integrata ridotta e normalizzata
La luminosità integrata ridotta J è: J=J(*) dove J=I/Ie e *=r/re La luminosità integrata normalizzata m (*) è: m (*) = m(*)-mT= -2.5 log L (*)/LT

18 ellittica spirale

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21 Forma delle isofote In genere le isofote hanno forma ellittica isofota
ellisse interpolata

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23 Ogni isofota è definita da: livello della SB: 
NGC 4278 PA twist N Ogni isofota è definita da: livello della SB:  coordinate del centro: x0,y0 lunghezza dei semiassi: a,b PA del semiasse maggiore: PA PA E (x0,y0)

24 PA  e=1-b/a x0 y0

25  e=1-b/a PA

26 Il “twist” delle isofote è una prova della triassialità delle galassie ellittiche.

27 y P(x,y)P(R,) R b  a x

28 A volte le isofote non sono perfettamente ellittiche
isofota  Riso() ellisse interpolante  Rell() An e Bn descrivono le deviazioni dalla forma ellittica delle isofote

29 boxy/disky dev. simm. asse X dev. simm. asse Y e PA Y0 X0

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32 disky a4>0 NGC 4660 boxy a4<0 NGC 5322

33 NGC 4660 disky a4>0

34 NGC 4365 boxy a4<0

35 rotazione pressione ellitticità gr. alto gr. basso brillanti deboli boxy disky boxy disky

36 Classificazione di Kormendy e Bender
Estende lo schema di Hubble introducendo il concetto di galassia disky/boxy nella sequenza delle ellittiche boxy disky senza barra barra disco sferoide disco

37 Decomposizioni fotometriche
Permettono di derivare la distribuzione di luce delle componenti di una galassia: Iobs(r) = Ibulge(r)+Idisk(r)+ … Consideriamo solo decomposizioni parametriche: Ibulge(r) e Idisk(r) sono descritti da leggi parametriche le ellitticità delle isofote di bulge e disco sono costanti Le decomposizioni fotometriche possono essere basate su: un solo profilo radiale di SB (e.g. in funzione di r*) più di un profilo radiale di SB (e.g. assi maggiore e minore) la SB dell’intera immagine

38 Legge di de Vaucouleurs (o r1/4)
Descrive il profilo radiale di SB delle galassie ellittiche e dei bulge delle galassie a disco È una retta nel piano r1/4 - Ie (o e) = SB efficace re = raggio efficace

39 r103 SB efficace: e=22.25  14 I106 raggio efficace: re=56.6”
sky=22.7  14 I106 1” 22’ raggio efficace: re=56.6”

40 Legge di Hubble  È la prima legge parametrica adottata per descrivere il profilo di SB delle galassie ellittiche I0 = SB centrale r0 = raggio di scala

41 Confronto tra la legge di Hubble e la legge r1/4
Legge di Hubble modificata

42  M87 mostra deviazioni dalla legge r1/4 a grandi distanze dal centro
Deviazioni dalla legge r1/4 a grandi raggi  M87 mostra deviazioni dalla legge r1/4 a grandi distanze dal centro Le regioni esterne sono più brillanti del valore estrapolato per la legge r1/4 ( alone luminoso che contribuisce l’8% della luminosità totale).

43  Correlazione tra le deviazioni a grandi raggi dalla legge r1/4 e la presenza di galassie compagne
T1: nessun compagno ( nessuna deviazione) T2: compagni distanti/deboli ( piccole devizioni) T3: compagni vicini/brillanti ( grandi deviazioni)

44 Nelle regioni esterne vi è un crollo della SB ( raggio mareale).
sky

45 Legge di Oemler  Parametrizza il crollo della SB osservato in alcune delle galassie ellittiche e cD al centro degli ammassi I0 = SB centrale r0 = raggio di scala Rt = raggio mareale (Rt   legge di Hubble)

46 Non tutte le galassie cD mostrano un difetto di luce rispetto alla legge r1/4 (=cannibalismo)

47 Deviazioni dalla legge r1/4 a piccoli raggi
 Risoluzione spaziale tipica per osservazioni da terra  1”. V L’effetto del seeing è quello di smussare il profilo centrale di SB (=“core”) 1”

48 HST produce immagini “diffraction-limited” che non sono affette dal seeing. La risoluzione spaziale è  0.1”. Questo appiattimento del profilo di SB non è dovuto al seeing o alla PSF  0.05” 1”

49 Legge di Nuker  Descrive il profilo radiale di SB delle galassie ellittiche nelle loro regioni centrali rb = raggio di break (cambiamento di pendenza) Ib = SB a rb per r rb pendenza - per r rb pendenza -  = curvatura massima

50 Profili a legge di potenza (power-law profiles)
Profili a tratto costante (core profiles) Ib rb = break radius

51 SLOW ROT CORES

52 BOXY CORES

53 E con profili power-law:
più piccole più deboli isofote disky sostenute dalla rotazione E con profili core: più grandi più brillanti isofote boxy sostenute dalla pressione

54 Legge di King Descrive il profilo radiale di SB delle galassie ellittiche (nane) e degli ammassi globulari È l’unica legge parametrica con una base teorica (vale per sistema stellari sferici e isotropi) K = SB di scala rc = raggio di core rt = raggio mareale

55 c C = log (rt/rc) = parametro di concentrazione

56 Confronto tra la legge di King e la legge r1/4
De Vaucouleurs Confronto tra la legge di King e la legge r1/4

57 La legge di King applicata al profilo di SB della E1 NGC 3379

58 Legge esponenziale (o di Freeman)
Descrive il profilo radiale di SB dei dischi È una retta nel piano r- I0 (o 0) = SB centrale h = raggio di scala

59 SB centrale: 0=21.9 sky (h)= raggio di scala: h =43.0”

60 Legge di Freeman  Tutti i dischi hanno la stessa SB centrale
S Sa Sb Sc Sd Sm Im

61 La legge di Freeman è solo un effetto di selezione!
dischi nucleari dischi in E  10 I 104 dischi in HSB  I dischi con 0,B > sono LSB dischi in LSB h104

62 Decomposizioni parametriche 1-D
Assumono: Iobs(r) = Ibulge(r)+Idisk(r) Ibulge(r) e Idisk(r) sono descritti da leggi parametriche (le ellitticità delle isofote di bulge e disco sono costanti) Si basano sul profilo radiale di SB estratto lungo un particolare asse (e.g. asse maggiore) mediato sulle isofote (i.e. in funzione di r*) (mediato su sectori)

63 dati bulge+disco disco esponenziale bulge r1/4

64 A volte un modello con un bulge r1/4 bulge+disco esponenziale è una “buona” descrizione delle osservazioni B/D= B/T=0.22 B/D= B/T=0.60 B = bulge, D = disco, B+D = T = totale

65 Altre volte un modello con un bulge r1/4 bulge+disco esponenziale è una “cattiva” descrizione delle osservazioni disco non esponenziale ( nuova legge) eccesso di luce ( nuova componente)

66 Legge di Sersic (o r1/n) Descrive il profilo radiale di SB dei bulge
Ie (o e) = SB efficace re = raggio efficace n=1 esponenziale, …, n=4 de Vaucouleurs

67 bulge r1/4 (accrescimento) bulge esponenz. ( barra) spirali Sa spirali Sc

68 Legge esponenziale di tipo II
I dischi esponenziali sono detti di tipo I I profili esponenziali di tipo II descrivono la SB dei dischi con un “buco” centrale I0 = SB centrale h = raggio di scala rc = raggio di cut-off (r>>rc  legge esponenziale)

69 disco di tipo I bulge r1/4 disco di tipo II

70 Barre, lenti, anelli Possiamo aggiungere altre componenti (e.g. barre, lenti, anelli) purché Ioss(r)=Ibulge(r)+Idisk(r)+Ibar(r)+Ilens(r)+Iring(r)+…

71 NGC 7013 dati bulge r1/n modello=bulge+disco+anello+lente anello disco esponenziale lente

72 Decomposizioni parametriche a più assi
Assumono: Iobs(r) = Ibulge(r)+Idisk(r) Ibulge(r) e Idisk(r) sono descritti da leggi parametriche (le ellitticità delle isofote di bulge e disco sono costanti) Si basano su profili radiali di SB estratti lungo più assi (e.g. assi maggiore e minore) Permettono di derivare l’elliticità del bulge (= schiacciamento apparente) e del disco (= inclinazione)

73 NGC NGC 3053  major axis  minor axis hmin  hmax r=20.7 r=21.2 hmin < hmax

74 NGC NGC 3053 hmin/hmax =0.96  i=16° hmin/hmax =0.41  i=66°

75 Nonostante le isofote del bulge e del disco siano ellittiche la loro somma non lo è

76 Decomposizioni parametriche 2-D
Assumono: Iobs(x,y) = Ibulge(x,y)+Idisk(x,y) Ibulge(x,y) e Idisk(x,y) sono descritti da leggi parametriche le ellitticità delle isofote di bulge e disco sono costanti Permettono di derivare l’elliticità del bulge (= schiacciamento apparente) e del disco (= inclinazione) Permettono di derivare l’angolo di posizione del bulge e del disco (=triassialità)

77 dati dati-modello=residui

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82 B/D correla con il tipo di Hubble
La forte dispersione dei punti suggerisce che le altre componenti (e.g. barre) non sono correlate al tipo di Hubble T= Tipo Morf. =S0 Sa Sb Sc Sd Sm

83 Morfologia quantitativa
Classificazione morfologica di van der Bergh no gas molto gas D/B >10

84 Decomposizioni 2-D: MBH-Lbulge
In passato è stata trovata una relazione tra MBH-Lbulge e più recentemente tra MBH-bulge Esprimono una correlazione tra MBH-Mbulge MBH-Lbulge ha una dispersione maggiore di MBH-bulge

85 La dispersione della relazione MBH-Lbulge migliora se:
dalla banda B si passa a K da decomposizioni 1-D si passa a 2-D

86 Decomposizioni 2-D: Dischi nucleari
a4>0 è indicativo della presenza di un disco alcuni di questi dischi hanno h  pc

87 sottraggo dischi esponenziali con diversi I0, h, e b/a (=i) fino ad ottenere isofote residue perfettamente ellittiche a4=0

88 Prima della sottrazione
(a4>0; a6>0) Dopo la sottrazione (a4=0; a6=0)

89 Prima della sottrazione
(a4>0; a6>0) Dopo la sottrazione (a4=0; a6=0)

90 derivo il profilo di SB del disco nucleare
Ldisk = Lsun

91 Caratteristiche di E e S0
cD E dE dSph S0 MB -22 – -25 -15 – -23 -13 – -19 -8 – -15 -17 – -22 M(M) 1013 – 1014 108 – 1013 107 – 109 107 – 108 1010 – 1012 <B/T>B 1 0.6 D25 (kpc) 300 – 1000 1 – 200 1 – 10 0.1 – 0.5 10 – 100 <M/LB>(M/L) >100 10 5 – 100 <(B-V)0T> … 0.88 0.84 0(mag arcsec-2) 21.5

92 Caratteristiche di S e Irr
Sa Sb Sc Sd Im/Ir MB -17 – -23 -16 – -22 -15 – -20 -13 – -18 M(M) 109 – 1012 108 – 1010 109 – 1010 <B/T>B 0.3 0.1 0.05 D25 (kpc) 5 – 100 0.5 – 50 <M/LB>(M/L) 6.2 4.5 2.6 1 <(B-V)0T> 0.75 0.64 0.52 0.43 0.37 0(mag arcsec-2) 21.5 22.6

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