La Nostra Galàxia

Al cel nocturn podem veure una banda d’aspecte lletós. No és res més que la perspectiva del disc galàctic. Per això, a la nostra Galàxia l’anomenem Via Làctia. • Les estrelles que veiem al cel pertanyen totes a la nostra Galàxia. • A la Via Làctia hi ha uns 200000 milions d’estrelles. • A simple vista podem veure només unes 3000 estrelles (absorció interestel·lar). És precisament aquesta absorció interestel·lar la que va impedir conèixer l’Estruct. Galàctica fins als anys 20-30 del segle XX. La Nostra Galàxia La Via Làctia

La missió GAIA (prevista d’ésser llançada a partir de l’any 2010) de l’ESA vol observar uns mil milions d’estrelles (l’1% de la població total de la Galàxia). Això permetrà ampliar enormement el nostre coneixement de la Via Làctia. La Nostra Galàxia La Via Làctia

Si poguéssim veure la Via Làctia des de fora la classificaríem com a una galàxia de tipus espiral (ja que posseeix uns braços en forma d’espiral). • El Sol es troba a 8.5 kpc (1 kilopàrsec = 1kpc = 3·1016 km) del centre, a dins del disc galàctic. En aquesta posició la major part dels estels que podem veure pertanyen també al disc galàctic. • La Via Làctia està composta d’un disc amb braços espirals, un bulb central, i tota aquesta estructura immersa en un gran halo esferoïdal. La Nostra Galàxia ☼ La Via Làctia

Al disc es troba la gran part de les estrelles de la Galàxia (el Sol també). • Té 25 Kpc de diàmetre i és molt aplanat (600 pc de gruix). • Hi ha 2 tipus de disc: • Disc prim • Disc gruixut. Formació: • Estrelles del disc prim elevades • Estrelles velles procedents de galàxies satèl·lits a la nostra. Disc prim El Disc Disc gruixut La Via Làctia

Les estrelles del disc tenen òrbites gairebé circulars entorn al centre de la Galàxia. La seva rotació, però, no és pas rígida, sinó que respon a l’anomenada rotació diferencial: Estrelles més internes  triguen menys a donar una volta. El Sol es mou a una velocitat de 220 km·s-1 i es troba a 8.5 kpc. Això ens diu que el Sol triga uns 200 milions d’anys a donar una volta a la Galàxia. Per tant, li ha donat temps al llarg de la seva vida (uns 4500 milions d’anys) a donar unes 20 voltes al voltant del centre galàctic. El Disc Massa interna a una dist. R que va a velocitat v: Si R=RSol= 8.5 kpc , v = vSol = 220 km·s-1 Mint=1011 MSol La Via Làctia

La corba de rotaciómostra la velocitat de rotació en funció de la distància al centre galàctic i es relaciona amb la distribució de massa. El Disc El fet de que la velocitat de rotació no decreixi a grans distàncies indica que hi ha matèria a grans distàncies que no veiem: la coneguda com a Matèria Fosca, ja que no la veiem però sí que notem els seus efectes gravitatoris. La existència d’aquest tipus de matèria pot tenir implicacions cosmològiques. La Via Làctia

Els núvols d'hidrogen ionitzat es troben associats a les estrelles més joves de la Galàxia. Fent mapes d’aquestes regions amb radiotelescopis  braços espirals (nosaltres estem al braç d’Orió). Els braços espirals és, doncs, allà on hi ha les estrelles més brillants del disc, les més joves. Són les regions de formació estel·lar. A les zones fosques del disc també hi ha estrelles, però no tan brillants. La Estructura Espiral La Via Làctia

La teoria de l’ona de densitat permet estudiar l’estructura i dinàmica dels braços espirals. La formació d’estrelles es déu a una pertorbació a gran escala que es propaga radialment, però que adquireix forma d’espiral degut a la rotació diferencial. Aquesta pertorbació augmenta la densitat del medi i provoca el naixement d’estrelles. La Estructura Espiral La Via Làctia

Estructura de forma esferoïdal envoltant el centre galàctic. Té uns 1500 pc de diàmetre. Conté gran quantitat d’estrelles velles però poc material interestel·lar. Estrelles amb baix moment angular. Les gegants vermelles prou lluminoses són les úniques que podem veure (la resta són massa lluny per a ser observades). Potser la Via Làctia té una barra inclinada de 5 kpc de longitud amb 1010 MSol. El Bulb Bulb La Via Làctia

És possible que la Via Làctia tingui una barra inclinada de 5 kpc de longitud amb 1010 MSol. Espiral Barrada? Barra La Via Làctia

Immers al bulb es troba el Centre de la Via Làctia, localitzat a la regió de Sagitari (a=17h45.7m, d=-29º00’). • No es pot observar en el visible degut a la gran quantitat de medi interestel·lar que hi ha entremig  Hem de recórrer a l'infraroig o a ones ràdio. • El centre galàctic és molt actiu amb una radiofont que correspon a un objecte amb unes 106MSol que xucla matèria al seu voltant (un forat negre supermassiu??). • Conté unes 7·107 MSol en forma de gas molecular. • Els 100 pc centrals contenen plasma calent i brots violents de formació estel·lar. El Centre Galàctic La Via Làctia

Envoltant tota la Galàxia hi ha un halo esferoïdal de matèria. • Té una densitat d’estrelles molt baixa. • Composada d’estrelles molt velles i pobres en metalls. • Òrbites el·líptiques molt excèntriques i orientades a l’atzar. L’Halo Superposició de dues imatges de la galàxia NGC4631. En blau  imatge del Chandra (halo). En vermell  imatge del Hubble La Via Làctia

L’Halo conté uns 140 cúmuls globulars. L’Halo Distribució de 113 cúmuls globulars al voltant del centre Galàctic La Via Làctia

L’halo galàctic conté també molta matèria no visible (matèria fosca). L’Halo L’halo de matèria fosca (en blau) s'estén molt més enllà d’on hi ha matèria visible (groc) La Via Làctia

La Matèria Interestel·lar L’espai comprès entre les estrelles no es troba buit sinó ocupat per la matèria interestel·lar. La seva massa total és una dècima part de la massa estel·lar, per tant es troba difosa en densitats baixes. Les estrelles provenen del medi interestel·lar i retornen part de la seva massa a aquest medi. Pot adoptar formes molt diverses segons les condicions físiques a les que estigui sotmès. La Via Làctia

La Matèria Interestel·lar Pot ser observada en múltiples longituds d’ona segons les condicions físiques que s’hi donen: Raigs g: la interacció entre material expulsat de supernoves i el medi. Raigs X: l’emissió a molt alta temperatura de l’halo galàctic. UV: la presència de línies d’absorció del material superposat a l’espectre d’estrelles calentes i llunyanes. Visible: produeix l’extinció i l’envermelliment. IR: reemisió de radiació en petites partícules. Radio: emisió de molècules interestel·lars, interacció amb camps magnètics i transicions atòmiques. La Via Làctia

La Matèria Interestel·lar L’observació ha permès diferenciar entre diversos components del medi: Gas Pols Camp magnètic Raigs còsmics En particular l’estudi de la component gasosa ha portat a distingir diferents regions: Regions fredes atòmiques (H I) Regions fredes moleculars (H2) Regions calentes atòmiques (gas internúvol) Regions fotoionitzades (H II) Regions ionitzades col·lisionalment (gas coronal) La Via Làctia

Regions fredes atòmiques Formades per hidrogen neutre atòmic (H I) però amb traces d’ions fàcilment ionitzables (C II, Ca II). Són regions de baixa temperatura (50-150 K). Formen núvols d’uns 15-20 anys-llum amb una massa de 50 a 500 vegades la del Sol. Aquestes regions representen un 2-3% del volum de la Galàxia. Corresponen al 50% de la massa de tot el medi interestel·lar, amb una densitat d’uns pocs àtoms per cm3. La Via Làctia

Regions fredes moleculars Composades per hidrogen molecular (H2) i traces d’altres molècules com: CO, NH3, H2O. La seva temperatura és extremadament baixa ja que ha de permetre que el gas estigui en forma molecular (T = 10-30 K). Les seves dimensions són semblants als núvols atòmics (15-20 a.ll.) amb una massa que arriba al miler de masses solars. Aquestes regions representen un 2% del volum de la Galàxia i es solen concentrar a zones properes al pla galàctic. Corresponen gairebé al 50% de la massa del medi, amb una densitat de milers de molècules per cm3. Són els llocs habituals de formació estel·lar i s’hi detecten fonts infraroges, màsers d’aigua i regions HII. La Via Làctia

Regions calentes atòmiques També se les anomena regions de gas internúvol. Composades per hidrogen atòmic calent i parcialment ionitzat (10-20%). La seva temperatura és considerablement alta per permetre una certa ionització. Es situa al voltant dels 5000-6000 K. Aquestes regions representen gairebé el 50% del volum de la Galàxia. La seva densitat és molt baixa, no arriba a l’àtom per cm3. Amb això la seva contribució a la massa del medi interestel·lar és essencialment nula. La Via Làctia

Regions fotoionitzades Composades per hidrogen fotoionitzat (H II) al voltant d’estels joves. La seva temperatura és considerablement alta per permetre la fotoionització. Es situa al voltant dels 8000K. Es troben habitualment a l’interior de núvols moleculars, essent creades i mantingudes per fotons ultraviolats de les estrelles joves. La seva densitat és molt semblant a les regions fredes moleculars on s’allotja. Mentre que la seva mida típica és d’uns pocs anys-llum. Les seves imatges en visible són de les més espectaculars en astronomia. La Via Làctia

Regions fotoionitzades M20: Nebulosa Trífida M42: Nebulosa d’Orió

Regions ionitzades per col·lisió Composades per hidrogen ionitzat (H II) a causa de col·lisions produïdes per temperatures extraordinàriament altes (de l’ordre de 100.000 o 1.000.000 de graus). Aquest gas es genera en les explosions de supernoves on l’ona de xoc escalfa el material del voltant. Aquestes regions representen gairebé un 50% del volum de la Galàxia. La seva densitat és extremadament petita, de 0.001 àtoms per cm3. Essent la seva contribució a la massa del medi absolutament negligible. La Via Làctia

Regions ionitzades per col·lisió NGC 2736: Pencil Nebula És una imatge de la regió de la romanent de Supernova de Vela on l’ona de xoc ionitza el medi donant aquesta banda brillant. La Via Làctia

Pols interestel·lar Està formada per grans amb una mida típica de 0.1 micres, és a dir de l’ordre de la radiació visible. El seu efecte principal és l’extinció de la llum estel·lar i un envermelliment degut a que els colors blaus pateixen més l’efecte. L’efecte de l’absorció segueix una proporcionalitat inversa amb la longitud d’ona. Els grans de pols es formen en embolcalls d’estels freds d’on són escombrats per la pressió de radiació. Es troben associats als núvols moleculars on actuen de catalitzadors per formar molècules. La Via Làctia

Camp Magnètic i Raigs Còsmics A la Galàxia es detecta presència de camps magnètics de l’ordre de 2-3 microgauss. La intensitat depèn fortament de la densitat del medi i pot tenir, per tant, variacions locals molt grans. La seva direcció habitual es coincident amb la rotació galàctica. La Galàxia és travessada per partícules relativistes (electrons i protons d’alta energia), el que anomenem raigs còsmics. La interacció del camp magnètic amb els raigs còsmics produeix una radiació sincrotró al pla galàctic que es maximitza al centre de la Galàxia. La Via Làctia

Agrupacions estel·lars No totes les estrelles de la nostra galàxia es troben aïllades sinó que es poden trobar formant agrupacions de diversos tipus. En el mecanisme de formació estel·lar, quan es produeix la contracció, la regió es fragmenta i llavors es formen diverses estrelles agrupades. Aquestes agrupacions en origen, poden mantenir-se juntes durant molt i molt temps depenent del tipus de sistema que s’hagi constituït. Es consideren dos tipus d’agrupacions: Cúmuls d’estrelles Associacions estel·lars La Via Làctia

Cúmuls d’estrelles Un cop finalitzat el procés de formació estel·lar si l’agrupació que s’ha constituït té les estrelles vinculades gravitatòriament diem que es tracta d’un cúmul. El lligam gravitatori implica un major grau de supervivència d’aquestes agrupacions. En general contenen entre centenars i milions d’objectes segons el tipus de cúmul que es tracti. Hi ha dos tipus de cúmuls principals: Cúmuls globulars Cúmuls oberts La Via Làctia

Cúmuls Globulars Són les agrupacions típiques de l’halo de la Galàxia, formats per objectes vells de baixa metal·licitat. Tenen una forta simetria esfèrica. La seva mida típica és d’uns 40 parsecs (130 a.ll.). Contenen entre cent mil i milions d’estels. El seu perfil de densitat característic és de major densitat a les regions més interiors i menor cap a l’exterior. No presenten ni gas ni pols i els seus objectes són principalment gegants vermelles i estrelles de la branca horitzontal. La Via Làctia

Cúmuls Globulars La densitat central és tan alta que en les observacions es fa difícil resoldre els individus de les parts internes. Aquesta gran densitat central permet mantenir els cúmuls globulars lligats durant molt temps al fer-los immunes a les pertorbacions gravitatòries, força escasses donat que habiten a l’halo galàctic. Poden perdre part dels seus individus mitjançant interaccions internes que porten a l’expulsió dels objectes menys massius cap a les zones externes, el que s’anomena segregació de masses. També perden individus pel propi envelliment del cúmul seguint els processos d’evolució estel·lar. La Via Làctia

Visió general de M15 (telescopi terrestre) Cúmuls Globulars Detall central M15 (Hubble Space Telescope) La Via Làctia

Cúmuls Oberts També se’ls pot anomenar cúmuls galàctics o dispersos. Es troben situats principalment al disc galàctic i en general estan formats per objectes joves. Són globalment més reduïts que els cúmuls globulars, la seva mida no supera els 20 parsecs. El contingut d’objectes ronda els centenars o, com a molt, milers d’estrelles. Se’n coneixen uns 1600 cúmuls oberts a l’entorn solar, el que implica que pugui haver-hi vàries desenes de milers a la Galàxia. En alguns casos es detecta part de la nebulosa a partir de la que es van formar les estrelles. La Via Làctia

Cúmuls Oberts Són objectes joves i les seves edats oscil·len entre un milió i diversos milers de milions d’anys. Els cúmuls més joves es solen localitzar a prop de regions de formació o bé dels braços espirals. Són sistemes gravitatòriament lligats però, en tenir pocs membres i baixa densitat, són vulnerables als efectes de marea galàctica i a la visita d’objectes massius. Així progressivament es van expandint i diluint. Pels procediments d’interacció interna també presenten fenòmens de segregació de masses com en els cúmuls globulars. La Via Làctia

M45-Pleiades

M47 M46

Les seves característiques ens són útils per a l’estudi de paràmetres estel·lars : Cúmuls Oberts Donat que les estrelles es troben agrupades les distàncies fotomètriques dels membres han de donar resultats idèntics. Les diferències de magnituds aparents es traslladen directament a magnituds absolutes. La comparació amb models teòrics de la brillantor dels objectes combinat amb l’estimació de distàncies permet estudis d’extinció interestel·lar. Les estrelles del cúmul es formen gairebé simultànies i analitzant cúmuls de diverses edats és poden estimar paràmetres evolutius. La Via Làctia

Associacions estel·lars Estan constituïdes per algunes desenes de membres però sense lligam gravitatori. Es disgreguen ràpidament, en pocs milions d’anys, quedant els seus membres barrejats amb el medi. Per tant les associacions que coneixem són extremadament joves. Es solen situar en els braços espirals de la Galàxia. Molt habitualment es troben vinculats al medi de gas i pols on van ser formats. Curiosament en el seu interior, a més d’estrelles, s’hi observen cúmuls oberts extremadament joves. La Via Làctia

CYG OB2 Associacions estel·lars Tipus d’associacions: Associacions OB: Formades per estrelles de la seqüència principal de tipus O i B, amb gran massa i lluminositat. També s’hi poden detectar alguns objectes de tipus A o F. Associacions T: Formades per estrelles del tipus T-Tauri, que són estrelles en fases molt primerenques que no han iniciat les reaccions termonuclears en el seu nucli. La Via Làctia

Evolució de la Galàxia La història de la Galàxia s’inicia fa més de deu mil milions d’anys (1010 anys) quan la gran massa de matèria que formaria la nostra Galàxia es va separar de la resta del medi intergalàctic. A partir de l’estudi de la distribució i propietats dels diferents objectes de la Galàxia s’ha pogut elaborar un model d’evolució. El model permet considerar 3 etapes principals: Era pregalàctica Era d’acreció Etapa d’equilibri La Via Làctia

Evolució de la Galàxia Era Pregalàctica: Com si d’un estel es tractés va iniciar un procés de contracció. En aquesta primera fase es van formar els cúmuls globulars (fa uns 6·109 anys) i altres objectes allunyats del pla, en el que coneixem com l’halo. Principalment es formen els objectes de població II. El següent pas seria la formació del bulb galàctic, format per col·lapse en rotació. Els objectes que el formen també són de població II. Finalitza aquesta primera etapa amb l’esgotament del material interestel·lar en les regions d’halo i bulb. La Via Làctia

Evolució de la Galàxia Era d’acreció: Les restes de material donen lloc a processos de formació estel·lar i s’inicia la formació del disc. El disc resulta de l’aplanament i condensació de les restes de la protogalàxia en rotació. En aquest disc es van formar i segueixen fent-ho estrelles de població I. Segueix essent una incògnita el procediment de formació de l’estructura espiral. Etapa d’equilibri: Aquesta és la fase actual on hi ha un equilibri entre els processos de caiguda i ejecció de material i les estructures galàctiques es mantenen en equilibri. La Via Làctia

Veïnat Galàctic – Els Grups Les galàxies no es troben aïllades en l’Univers sinó que formen estructures. El primer nivell correspon als grups. Mitjançant els mètodes desenvolupats d’estimació de grans distàncies podem definir aquestes estructures. Els grups estan formats per unes 50 galàxies, de les quals unes poques són brillants essent la resta de tipus galàxies nanes. Les seves dimensions solen situar-se al voltant del megaparsec (106 pc – 3 milions d’a.ll.). La Via Làctia forma part d’una petita agrupació que anomenem Grup Local. La Via Làctia

El Grup Local És una agrupació d’unes quaranta galàxies amb una extensió d’uns 5 milions d’anys-llum. Els membres més destacats són: la Via Làctia, la Galàxia d’Andròmeda (M31) i la del Triangle (M33). Associades a aquestes galàxies brillants hi ha unes petites galàxies satèl·lit que acaben de completar el Grup Local. La nostra Galàxia presenta dues galàxies satèl·lits bessones: els Núvols de Magalhães. Els Núvols de Magalhães es troben a una distancia d’uns 200.000 a.ll. Són de tipus irregular (no són espirals!!) i s’observen fàcilment des de l’hemisferi sud de la Terra. La Via Làctia

El Grup Local

Veïnat Galàctic – Els Grups El nostre Grup Local comparteix veïnat amb altres grups com el de Sculptor, situat a 10 milions d’anys-llum.

Veïnat Galàctic - Cúmuls El següent pas és l’existència de cúmuls de galàxies amb una mida típica de 5 Mpc (15 milions d’anys-llum). El cúmul més proper al nostre Grup Local és el Cúmul de Virgo, situat a uns 65 milions d’a.ll. i que està presidit per la galàxia gegant M87. El cúmul de Virgo es troba format per unes 150 galàxies brillants, però tenint en compte les galàxies nanes es probable que contingui més d’un miler de galàxies. Alhora aquests cúmuls també poden formar estructures superiors com són els supercúmuls. La Via Làctia

Cúmul de Virgo Veïnat Galàctic - Cúmuls La Via Làctia

La Nostra Galàxia