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Fotometria superficiale delle galassie

Fotometria superficiale delle galassie. Enrico Maria Corsini Dipartimento di Astronomia Università di Padova Lezioni del corso di Astrofisica I V.O. A.A. 2003-2004. Sommario. SB, isofote, luminosità, magnitudini, raggi Profili radiali di SB Forma delle isofote

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  1. Fotometria superficiale delle galassie Enrico Maria Corsini Dipartimento di Astronomia Università di Padova Lezioni del corso di Astrofisica I V.O. A.A. 2003-2004

  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): D A,L F L / 4D2 L  A / D2 4  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” B=21.28 NGC 1291 ha due barre B=16.78

  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 = r*2 A = ab 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* 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*) I /Isky=0.05 k=k() k(re)=0.5 k(re)=0.5 sky=22.7 SB efficace: e=22.54 raggio efficace: re=1.54’

  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

  19. Forma delle isofote • In genere le isofote hanno forma ellittica isofota ellisse interpolata

  20. 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 (x0,y0) E

  21. PA  e=1-b/a y0 x0

  22. e=1-b/a PA

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

  24. R y P(x,y)P(R,) b  a x

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

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

  27. disky a4>0 NGC 4660 NGC 5322 • boxy a4<0

  28. NGC 4660 disky a4>0

  29. NGC 4365 boxy a4<0

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

  31. 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

  32. 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

  33. 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

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

  35. 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

  36. Confronto tra la legge di Hubble e la legge r1/4 • Legge di Hubble modificata

  37. 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).

  38.  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)

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

  40. 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)

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

  42. 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”

  43. 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”

  44. 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

  45. Profili a legge di potenza (power-law profiles) r- r- Profili a tratto costante (core profiles) Ib rb = break radius

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