Struttura e dinamica della Galassia

Struttura e dinamica
della Galassia
Enrico Maria Corsini
Dipartimento di Fisica e Astronomia
Università di Padova
Lezioni del corso di Astrofisica I
A.A. 2014-2015
1

Sommario
E Fundamental e Local Standard of Rest, velocità
peculiari, moto solare, apice solare
E Ellissoide delle velocità
E Diagramma di Bottlinger
E Formule di Oort, rotazione della Via Lattea
E Asymmetric drift
E Struttura a spirale della Via Lattea
E Popolazioni stellari della Via Lattea
2

Sistemi di riferimento in quiete
fondamentale (FSR) e locale (LSR)
Z
PGN
(l=0°,b=90°)
FSR
LSR
w
PCN
(α=0°,δ=90°)
.
z
W
Sole
★
CG
Π
(l=180°,b=0°)
.
y
Θ
(l=90°,b=0°)
v
(0,Θ 0 ,0)
V
.
x
¤
(u ¤ ,v ¤ ,w ¤ )
γ (α=0°,δ=0°)
u
(α=90°,δ=0°)
U
3

Π
Θ
Z
velocità peculiari rispetto al FSR
u = Π
v = Θ - Θ 0
w = Z
velocità peculiari rispetto al LSR
U = u - u ¤ = Π - Π ¤
V = v - v ¤ = Θ - Θ ¤
velocità peculiari rispetto al Sole
W = w - w ¤ = Z - Z ¤
4

Moto solare
= = 0
= - Θ 0
= = 0
velocità peculiari medie rispetto al LSR
= - u ¤ = -u ¤
= - v ¤
velocità peculiari medie rispetto al Sole
= - w ¤ = -w ¤
u ¤ = -
v ¤ = - = + v ¤ ’ velocità peculiari Sole rispetto LSR
w ¤ = -
u ¤ = -
v ¤ ‘ = -
w ¤ = -
moto solare
5

Moto solare
E Da un campione di alcune centinaia di stelle vicine
(100 pc) di tipo A, gK, dM si ottengono:
E le componenti della velocità
u ¤ = -9 km/s
v’ ¤ = -11 km/s
w ¤ = 6 km/s
E il modulo del moto solare
s ¤ = 15 km/s
E la direzione dellapice solare
l A = 51º b A = 23º
6

7

I
0 h
Moto solare: µ α
convergono
divergono
R.A.
µ α >0 verso est
µ α < 0 verso ovest
est
ovest
8

Moto solare: µ δ
0° --
Dec.
9

Ellissoide delle velocità
. . .
E componenti di velocità del Sole nel sistema x,y,z
. . .
(x) ¤ = 0 km/s, (y) ¤ =0 km/s, (z) ¤ =0 km/s
E componenti del moto solare rispetto a un campione di stelle
. . . . . .
x ¤ =- = +3 km/s, y ¤ = - = -17 km/s, z ¤ = - = +14 km/s
10

11

12

n(ξ,η,ζ) =
-
__ 1 __ ξ 2 +
__ η 2 +
__ ζ 2
__________ ν 2 σ
e
1 σ 2 σ 3
(2π) 3/2 σ 1 σ 2 σ 3
n(ξ,η,ζ) dξ dη dζ
rappresenta il numero di stelle
del campione con componenti
di velocità comprese tra
(ξ,ξ+dξ), (η,η+dη), (ζ,ζ+dζ)
σ 1 = 40.5 km/s
σ 2 = 27.9 km/s
σ 3 = 18.5 km/s
ν rappresenta il numero di
stelle per unità di volume
(con qualsiasi velocità)
ν = 1 ellissoide delle velocità
13

Orbite delle stelle dei dintorni solari
. .
misuro x,y
converto in U ★ ,V ★
R max , R min , e
converto in u ★ ,v ★
v ,1
LSR ≠ ¤
. CG
.¤
u ,1
R max , R min , e
Θ 0
trovo Π ★, ,Θ
calcolo R max , R min (o equivalentemente e)
14

Diagramma di Bottlinger
LSR
R 0 = 10 kpc
Θ 0 = 250 km/s
R max
R min
15

orbite dirette v ★ > -250 km/s
v ★ = Θ ★ - Θ 0
Θ 0 Θ ,1
v ★,1 = Θ ,1 - Θ 0 > 0
v ★,2 = Θ ,2 - Θ 0 -250 km/s
al più Θ ,2 = 0
v ★,2 = Θ ,2 - Θ 0 = -250 km/s
16

orbite retrograde v ★ < -250 km/s
Θ ,1
v ★ = Θ ★ - Θ 0
Θ 0
v ★,1 = Θ ,1 - Θ 0 = Θ ,1 - 250
< -250 km/s
17

LSR
R 0 = 10 kpc
Θ 0 = 250 km/s
e =
R max -R min
R max +R min
18

eccentricità orbitale
e =
R max - R min
R max +R min
R min
R max
R max = R min
e = 0
R min
R max >> R min
e ≈ 1
R max
19

Formule di Oort
¤
l
l
Θ 0
v r = Θ cos α – Θ 0 sin l ≈ A d sin 2l
d
v t = Θ sin α – Θ 0 cos l ≈ (B+A cos 2l) d
★
R 0
R
α
Θ
1 Θ 0 dΘ
A = - -
2 R 0 dR R 0
α
1 Θ 0 dΘ
B = - - +
2 R 0 dR R 0
CG
20

Costanti di Oort
A = 14.8 km/s/kpc
B = -12.4 km/s/kpc
v r = A d sin2l (d

22

dΘ
A+B = - > 0
dR
R0
A-B = Θ 0
R 0
23

TOTALE
ALONE
DISCO
SFEROIDE
24

Moto solare
= = 0
= - Θ 0
= = 0
velocità peculiari medie rispetto al LSR
= - u ¤ = -u ¤
= - v ¤
velocità peculiari medie rispetto al Sole
= - w ¤ = -w ¤
u ¤ = -
v ¤ = - = + v ¤ ’ velocità peculiari Sole rispetto LSR
w ¤ = -
u ¤ = -
v ¤ ‘ = -
w ¤ = -
moto solare
25

Asymmetric drift
26

〈Θ〉 < Θ 0
< 0
v ¤ ’ = v ¤ - 〈v〉 = v ¤ + k k>0
Θ 1 > Θ 0
Θ 2 = Θ 0
Θ 3 < Θ 0
v ¤ =12 km/s
v ¤ ’ = v ¤ + k
27

LSR: R 0 = 10 kpc, Θ 0 = 250 km/s
Θ 0 - 〈Θ〉 〈 Θ 〉 〈 Π 2 〉 〈 Θ 2 〉 〈 Z 2 〉
28

GC
Sun
LSR
Θ 0 = 250 km/s
¤
PN
GCs
〈Θ〉 = 83 km/s
PNe
〈Θ〉 = 232 km/s
29

Struttura a spirale
Traccianti della
struttura a spirale in
ottico (stelle
supergiganti, cefeidi,
regioni HII)
E associati ai bracci
E molto giovani
E molto luminosi
E luminosità nota
e radio (nubi HI)
CG
30

31

32

Popolazioni galattiche
33

34

Approfondimenti
E F. Bertola, Struttura e dinamica della nostra galassia,
Cap. 2
E F. Bertola, Struttura e dinamica della nostra galassia,
Cap. 3
35