Galáxia (II) Vera Jatenco IAG/USP. Rotação da Via Láctea Matéria escura Dinâmica dos braços espirais Formação estelar em braços Vizinhança solar

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Francisca de Oliveira Palhares
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1 Rotação da Via Láctea Matéria escura Dinâmica dos braços espirais Formação estelar em braços Vizinhança solar Galáxia (II) Vera Jatenco IAG/USP Agradecimentos: Prof. Gastão B. Lima Neto AGA semestre/2010

2 Rotação da Galáxia Rotação em torno do centro Galáctico.

3 Curvas de rotação Medimos a velocidade para corpos em várias distâncias do centro de rotação. Exemplo: Sistema Solar. velocidade de rotação ou velocidade orbital

4 Curva de rotação galáctica esperada Velocidade Raio Orbital

5 Medindo a rotação da Via Láctea Difícil, pois estamos dentro do disco da Galáxia. As flechas (vetores) indicam a velocidade orbital. Para medir a velocidade de rotação precisamos levar em conta o movimento do Sol. e nuvens moleculares

6 Curva de rotação da Galáxia Até ~ 15kpc: regiões HII, estrelas O e B (visível, IV, rádio) Além de ~ 15 kpc: HI (rádio, 21cm)

Curva de rotação da Galáxia O Sol se move com cerca de 200--220 km/s.

7 Curva de rotação da Galáxia O Sol se move com cerca de km/s. O Sol está a cerca de 7,5--8,0 kpc do centro da Galáxia. Logo, uma volta do Sol leva de milhões de anos. No último ano Galáctico a Terra estava no Triássico.

8 Curva de rotação da Galáxia Objetos que estão mais distantes do centro do que o Sol levam mais tempo para dar uma volta completa. Rotação diferencial.

9 Curva de rotação da Galáxia rotação de corpo sólido Objetos que estão mais distantes do centro do que o Sol levam mais tempo para dar uma volta completa. Rotação diferencial. Na rotação de corpo sólido, as partículas levam o mesmo tempo para dar uma volta completa.

10 Curva de rotação da Galáxia velocidade raio Até cerca de 2 kpc, velocidade proporcional à distância ao centro: v R Além de ~ 2 kpc, velocidade constante: v = cte

11 Curva de rotação da Galáxia velocidade v R v = cte raio O que segura as estrelas, o gás, a poeira em órbita é a massa da Galáxia contida dentro da distância R. Se não há mais massa, a velocidade orbital deve diminuir com a distância, como no exemplo do Sistema Solar.

12 Curva de rotação da Galáxia velocidade v R v = cte raio A velocidade orbital constante a partir de um raio R implica que a massa aumenta com a distância ao centro da Galáxia: 3ra. Lei de Kepler: Massa dentro da órbita v M R raio da órbita

13 Curva de rotação da Galáxia velocidade v R v = cte massa raio raio Mas praticamente não observamos mais estrelas além de ~ 16 kpc, e apenas pouco gás até ~ 30 kpc. Logo, existe massa mas de natureza invisível. Matéria Escura. Sol

14 Halo de Matéria Escura O que pode ser a matéria escura? Gás (atômico ou molecular) que emite tão pouca radiação que não podemos vê-lo? Talvez as leis da dinâmica dos corpos (leis de Newton) não sejam válidas? Material exótico que interage apenas através da gravitação? Créditos: Jose Wudka

Matéria Escura Nossa melhor hipótese hoje é de que a matéria escura seja uma partícula supersimétrica, o neutralino. O neutrino já foi um suspeito, mas sua massa é muito pequena.

15 Matéria Escura Nossa melhor hipótese hoje é de que a matéria escura seja uma partícula supersimétrica, o neutralino. O neutrino já foi um suspeito, mas sua massa é muito pequena. Além disto, se a matéria escura fosse de neutrinos, galáxias como a nossa dificilmente se formariam. Outras partículas exóticas são possíveis. Estas partículas são previstas pelo modelo padrão de física de partículas. Ainda não foram observadas diretamente... Quem sabe a partir de 2011 com o LHC...

16 Braços espirais São delineados por estrelas jovens, regiões HII, nuvens moleculares e poeira. Mal definidos pelas estrelas velhas. Muito mais fácil identificar em outras galáxias. Sol centro galáctico M101 visível rádio Via Láctea

17 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 1 a possibilidade: rotação das estrelas que formam os braços. velocidade v R v = cte v v raio

18 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 1 a possibilidade: rotação das estrelas que formam os braços. velocidade v R v = cte v v raio

19 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 1 a possibilidade: rotação das estrelas que formam os braços. velocidade v R raio v = cte Os braços não são compostos pelas mesmas estrelas. Se fossem, eles se enrolariam sempre e acabariam desaparecendo devido à rotação diferencial das estrelas do disco.

20 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. Animação produzida por Dan Russell, Universidade de Kettering Exemplo: Onda de compressão, como a onda sonora. As partículas oscilam e não avançam. Onda => propagação de energia.

21 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. A espiral em uma galáxia é como uma onda que se propaga no disco. A forma da espiral não muda, isto é, o padrão espiral gira como um corpo sólido (mas não é sólido!).

22 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. Congestionamento no disco. Os braços espirais são ondas que se propagam pelo disco.

23 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. A onda espiral se propaga com velocidade diferente das estrelas e nuvens. As nuvens são comprimidas quando atravessam a onda Formação estelar. Estrelas massivas vivem pouco: estão próximas da onda.

24 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. Origem da compressão: congestionamento de órbitas. Órbitas ligeiramente elípticas, com eixo rodado por um pequeno ângulo.

25 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. As órbitas das estrelas não são exatamente circulares. Podemos decompor o movimento das estrelas em um movimento circular principal e oscilações radiais, tangenciais e verticais menores. A composição destes movimentos resulta em uma órbita elíptica.

Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. Os braços espirais e as estrelas não giram da mesma forma.

26 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. Os braços espirais e as estrelas não giram da mesma forma. Na região mais central, as estrelas giram mais rápido do que os braços. Na região mais externa o braço gira mais rápido do que as estrelas. Onde os braços e as estrelas giram com a mesma velocidade é chamado de raio de corrotação.

27 Persistência dos braços espirais Rotação dos braços espirais. 2 a possibilidade: onda de compressão se propagando pelo disco. As estrelas, seguindo suas órbitas elípticas e precessionadas uma em relação às outras, vão se acumular formando o padrão. Note que a espiral não é feita pelas mesmas estrelas.

28 Braços espirais Braços são produzidos por uma perturbação no disco. Barras também são produzidas por uma perturbação. As estrelas, gás e poeira têm rotação diferencial. O padrão espiral (e barras) giram como uma velocidade angular constante. Sol

29 Vizinhança solar na Galáxia 200 U.A. O Sol interage com o meio interestelar através do vento solar e campo magnético.

30 Vizinhança solar na Galáxia 1 parsec A direção do movimento do Sol não é a mesma da nuvem local interestelar.

31 Vizinhança solar na Galáxia O Sol está na borda de uma bolha região com menor densidade do que a média. Supernova que explodiu há anos? Pulsar Geminga: fonte de raios-x e raios-gama, a ~100 pc?

Vizinhança solar na Galáxia Nebulosa Gum

32 Vizinhança solar na Galáxia Nebulosa Gum Resto de SN Vela Parte da associação OB Escorpião-Centauro nuvens moleculares figura gás de difuso Patricia Frisch Nuvens moleculares, regiões de formação estelar, restos de supernova e o braço de Orion.

33 07/10 -- Meio Interestelar, Galáxia-I. 14/10 -- Galáxia-II. Devolução da L2 pelos alunos. 18/10 -- Outras galáxias-1. 21/10 -- Segunda prova (P2) (referente às aulas 7, 8 e 9 do Prof. Alex) e entrega da L3 pelos alunos. 23/10 -- Sábado: Excursão Didática -- visita a Valinhos e Atibaia 25/10 -- Outras galáxias-2 e Lentes gravitacionais 04/11 -- Outras galáxias-3 e Formação de Galáxias. 08/11 -- Trabalho Prático I. 11/11 -- Trabalho Prático II. 18/11 -- Cosmologia-1. Entrega da L4 para os alunos. 22/11 -- Cosmologia-2. 25/11 -- Atividade: galáxias -- (Rodrigo). Devolução da L4 pelos alunos. 29/11 -- Vida no contexto cósmico (Palestra). L4 corrigida p/ alunos. 02/12 -- Terceira Prova (P3) (referente à L4 e aulas especiais). 06/12 -- Entrega das notas. Prova Substitutiva. Turma extra para o Planetário do Ibirapuera: dia 16/11, terça-feira, saída do IAG às 14h45min. Fim

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