Aglomerados Abertos

Astronomia Galáctica
Semestre: 2016.1
Sergio Scarano Jr
31/07/2016
O Método da Paralaxe Espectroscópica
Conhecidos o tipo espectral (linhas presentes) e a classe de
luminosidade (largura das linhas)
de uma estrela pode se determinar
sua magnitude absoluta no Diagrama H-R. Ex. K0III, m=10.
1.1
Tipo Espectral: K0
Classe Luminosidade: III
1.0
Fluxo Relativo
0.9
0.8
0.7
D = 10
0.6
m − M +5
5
0.5
0.4
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
λ [Å]
Limites: 100 kpc (melhor em aglomerados)
M= 0,7
Movimento Próprio em Aglomerados Abertos
Um dos indícios de que as estrelas de um aglomerado pertencem a um
grupo é a coordenação do movimento próprio de suas estrelas.
Movimento Próprio: o Caso das Hyades
As Hyades são o aglomerado aberto mais próximo da Terra, se tornando
referência de calibração do diagrama HR.
λ
Distância pelo Método dos Aglomerados em Movimento
As Hyades são o aglomerado aberto mais próximo da Terra, se tornando
referência de calibração do diagrama HR.
vT = v R tan λ
Chamando o movimento próprio de µ, medida em ”/ano.
vT = d ⋅ senµ ≈ d ⋅ µ
Para que na expressão v possa ser medida em km/s:
µ [" / ano ] =
206265 [" / rad ] ⋅ 3 ,16 ⋅ 10 7 [ s / ano ]
vT [ km / s ]
⋅
206265 [ UA / pc ] ⋅ [ 1497 ⋅ 10 8 km / UA ]
d [ pc ]
Com isso:
vT [ km / s ]
d [ pc ] =
4 ,74 ⋅ µ [" / ano ]
λ
v
µ
λ
Em paralaxe:
4.74 ⋅ µ [" / ano ]
p [" ] =
v R tan λ
d
v R ⋅ tan λ
d=
4 ,74 ⋅ µ
Soluções do Módulo da Distância para as Hyades
Alguns resultados compilados na literatura:.
Evolução do Módulo da Distância das Hiades com o Tempo
Alguns resultados compilados na literatura:
Comparando o Diagrama HR de Estrelas Próximas
Comparando o digrama HR de estrelas próximas com paralaxes conhecidas
e os resultados utilizando a calibração obtida para as Hyades (Turner 2000).
Distâncias Fotométricas de Aglomerados Abertos
1. Plotar o diagrama cor-magnitude (mV vs (B-V));
2. Compare com MV vs (B-V) para Hyades; (MV é conhecido
pelo método de aglomerados em movimento)
3. Identificar mV – MV (módulo da distância) = 5 log d – 5,
onde a distância está em parsecs.
Módulo da Distância para as Pleiades
Alguns resultados compilados na literatura:
Comparação entre Hyades e Pleiades
O aglomerado das Pleiades tem metalicidade próxima a do Sol e da média
em torno do Sol. Efeitos sistemáticos associados a distância também afetam
as magnitudes medidas em cada classe estelar, visto que as Hyades se
encontram a 46,3 pc e as Pleiades a 115 pc.
Metalicidade
Abundância
de Oxigênio
Distância
Idade
Construção da ZAMS Calibrado pelas Hyades
Resultados do Blaauws (1963), que porém possui sérios problemas com
avermelhamento diferencial, desconsiderando diferenças e metalicidade
Aglomerados Abertos
Receberam este nome devido à sua morfologia mais difusa em contraste
com aglomerados globulares.
Facilidades:
•
Muitas da estrelas são azuis e luminosas (são laboratórios
ideais para o estudo de estrelas jovens e massivas.);
•
Comumente se encontra gás envolvendo as estrelas
(resquícios de gás que não compuseram a estrela;
•
Registro de luz estelar refletida em grãos de poeira;
Dificulades:
•
Muitas da estrelas são azuis e luminosas (são laboratórios
ideais para o estudo de estrelas jovens e massivas.);
•
Comumente se encontra gás envolvendo as estrelas
(resquícios de gás que não compuseram a estrela;
Indícios de estrelas em
formação
Aglomerados Abertos: Diagrama Cor-Magnitude
•
A sequência principal é a estrutura mais proeminente (fácil de ajustar).
•
Faceis de calibrar por estrelas próximas medidas com paralaxe;
•
Calibração válida para um grande intervalo de cores;
•
Observações de paralaxes diretas de aglomerados abertos torna calibrações em absolutas.
•
Por serem jovens, poucas das estrelas massivas (luminosas) tiveram tempo para
deixar a sequência principal, povoando a parte mais elevada do diagrama HR
(desvios não refletem ZAMS);
•
Parte de baixo da sequência mais dispersa e populosa, refletindo tanto objetos que
estão entrando na sequência principal e objetos de longa vida;
Dificuldades Observacionais de Aglomerados Abertos
Altamente contaminado por estrelas do campo. Extinção afeta das
distâncias registradas para os objetos.
Aglomerados Abertos: Catálogos
Receberam este nome devido à sua morfologia mais difusa em contraste
com aglomerados globulares. Hoje conhece-se ~2500. Estima-se que existam
+35000 (Bonatto et al. 2006; Portegies Zwart et al. 2010)
•
•
•
Lynga (1987): 1200 aglomerados abertos (Lund catalogue of open clusters )
Dias (2002): 2167 objetos
WEBDA ( http://www.univie.ac.at/webda/)
O Dez Aglomerados Abertos Mais Próximos
São tipicamente jovens e ricos em metais, tendo idades inferiores a 1
bilhões de anos basicamente encontrados no disco galáctico.
Idade
(M-anos)
Distância
(pc)
[Fe/H]
Collinder 285
199
25
0
Melotte n25
787
45
+0.17
Melotte 111
449
96
0
Mamajek 1
7.9
97
0
Melotte 227
135
120
0
Platais 8
60.2
132
0
Melotte 22
135.2
150
0
IC 2602
32.1
161
-0.09
Platais 3
398
161
0
Platais 9
100
174
0
Nome
Distância dos aglomerados: Hyades (44 pc); Pleiades (127 pc); Praesepe (159 pc);
Sco-Cen (170 pc); M67 (830 pc); h Persei (2250 pc); χ Persei (2400 pc)
Acesso a Dados de Aglomerados Globulares
Página mantida por um grupo de colaboradores brasileiros:
Estatísticas 28 de janeiro de 2016
Número de aglomerados: 2167
Com diametros (D): 2161 (99.7%)
Com distâncias (d): 2040 (94.0%)
Com avermelhamento (E): 2025 (93,3%)
Com idades (t): 2013 (92,8%)
Com d/t/E: 2003 (92,4%)
Com movimentos próprios (MP): 2104 (97,2%)
Com Velocidades Radiais (VR): 703 (43,1%)
Com MP e VR : 702 (43,1%)
Com d/t/MP/RV: 671 (41,6%)
Com abundâncias (Z): 314 (13,2%)
Acessando dados com o Vizier
Dados de diversos catálogos podem ser acessados em: http://cdsarc.ustrasbg.fr/cats/Cats.htx
Usando o Topcat
É um visualizador gráfico e editor de dados tabulares especialmente
projetado
para
Astronomia.
Pode
ser
baixado
em:
http://www.star.bris.ac.uk/~mbt/topcat/
Interface do Topcat
É um visualizador gráfico e editor de dados tabulares especialmente
projetado
para
Astronomia.
Pode
ser
baixado
em:
http://www.star.bris.ac.uk/~mbt/topcat/
Topcat: Lendo Tabelas
Podem ser carregadas pelos serviços de VO associados ao Topcat ou
tabelas salvas no computador.
Topcat: Lendo Tabelas
Dando dois cliques na lista de tabelas:
Aglomerados Abertos: Distribuição
Como estão concentrados sobre o plano galáctico, são também chamados
de Aglomerados Galácticos. A distribuição espacial é útil para a determinação
da estrutura galáctica:
•
Aglomerados jovens traçam a estrutura espiral da Galáxia, se contarmos que
observamos muitas estrelas jovens em galáxias espirais;
•
Aglomerados mais velhos traçam a cinemática das regiões externas da Galáxia;
•
Aglomerados mais velhos são encontrados longe do centro, e fora do plano
Galáctico.
Topcat: Fazendo Histogramas
O Topcat permite contabilizar em faixas de valores de uma dada grandeza o
total de objetos de modo gráfico para cada uma das colunas do banco de
dados.
Topcat: Ajustando Detalhes do Histograma
Tomando como exemplo a distribuição de aglomerados abertos com a
longitude galáctica, nota-se que os mesmo se concentram no plano da Via
Láctea.
Topcat: Fazendo Mapas do Céu
Pode-se avaliar a distribiução dos objetos bidimensionalmente no céu em
projeção esférica e aitoff.
Topcat: Fazendo Mapas Polares em 3D
Ou fazer distribuições tridimensionais quando as distâncias dos objetos,
além de suas coordenadas, é conhecida.
Topcat: Sobrepondo Outra Base de Dados
Processo básico igual o de abrir a primeira tabela:
Topcat: Histograma das Metalicidades
Em aglomerados abertos as metalicidades variam na faixa -0,75 < [Fe/H] <
+0,25. Valores altos de metalicidade são esperados em objetos jovens,
formados de ISM enriquecido quimicamente por gerações anteriores de
estrelas.
Histograma das Metalicidades de Aglomerados Abertos
Assimetria revela uma certa bimodalidade, em que objetos mais metálicos
apresentam uma distribuição levemente menos dispersa do que objetos
menos metálicos.
80
70
Nmero de Objetos
60
50
40
30
20
10
0
-1.5
-1.0
-0.5
Metalicidade [dex]
0.0
0.5
Topcat: Filtrando Dados
É possível definir subconjunto de dados ("Subsets"), e a filtragem pode ser
destacada com cores diferenciadas em todos os demais gráficos e mapas.
Topcat: Fazendo Mapas Polares Simulando 4D
Utilizando o recurso de plotagem de pontos bidimensioanal ou
tridimensional, é possível representar mais uma dimensão de dados utilizando
uma escala de cores.
Topcat: Fazendo Mapas Polares Simulando 4D
É um visualizador gráfico e editor de dados tabulares especialmente
projetado
para
Astronomia.
Pode
ser
baixado
em:
http://www.star.bris.ac.uk/~mbt/topcat/
Topcat: Adicionando e Operando Colunas
É um visualizador gráfico e editor de dados tabulares especialmente
projetado
para
Astronomia.
Pode
ser
baixado
em:
http://www.star.bris.ac.uk/~mbt/topcat/
Topcat: Calculando o Tamanho Linear dos Aglomerados
Aglomerados abertos cobrem uma vasta faixa em tamanho, luminosidade e
morfologia, contendo uma dezena até milhares de estrelas.
Distribuição de Idades de Aglomerados Abertos
Histograma revela grande intervalo de idades possíveis para aglomerados
abertos.
Gradientes de Idades para Aglomerados com a Idade
Conforme análise de Chen et al (2003, 2008) é possível perceber que
aglomerados abertos mais velhos apresentam uma distribuição radial mais
acentuado que aglomerados jovens, o que pode refletir aspectos da evolução
do disco.
Jovem
- 0.024
Geral: －0.063
dex/kpc
Velho
- 0.075
8
10
12
14
Rgc(kpc)
16
Idade e morte de um aglomerado
•
A estimativa da idade vai depender de vários parâmetros
assumidos: avermelhamento, distância, metalicidade, etc.
(e.g., cálculo da isócrona);
• O espalhamento em idades implica que aglomerados são
continuamente formados no disco Galáctico;
• Efeitos de maré e choques com nuvens moleculares
(interações destrutivas) podem ‘destruir’ os aglomerados.
http://www.aanda.org/articles/aa/full/2003/07/aa2917/aa2917.html
Se dependesse apenas das estrelas, idade dos aglomerados e tempo de
vida dependeria apenas de quantas estrelas foram formadas em cada intervalo
de massa.
Classificação de Trumpler (1930)
• Grau de concentração em algarismos romanos (I, II, III, IV), números
menores indicam maior concentração
• A faixa em brilho das estrelas medida em números 1, 2, 3... , em que os
números menores indicam uma menor faixa de brilhos estelares
• Número de estrelas: poor (<50 estrelas), moderated (50-100 estrelas) e rich
(mais de 100 estrelas)
• Se existe emissão difusa ao redor do aglomerado (n, nebulous)
Classificação de Trumpler (1930)
Identificando em Contando Estrelas em Aglomerado
Densidades destes sistemas variam desde uma pequena sobre-densidade
acima das estrelas de campo (~0,1 estrelas pc-3) até ~103 estrelas pc-3 na
região central dos aglomerados mais populosos
Tombaugh 1 (10 arcmin2)
Tombaugh 1 (30 arcmin2)
XZ CMa
Raio Nuclear
Raio Coronal
Reconhecimento de Campos de Aglomerados Abertos
Utilizando ainda o exemplo de Tombaugh 1. Aglomerados menos povoados
são também chamados de associações, detectados pela sobre-densidade de
algum tipo especial de estrela: Associações OB, Associações T, etc.
Algoritmo para Seleção de Membros
Procedimentos fotométricos, geométricos e movimentos próprios:
Diagrama Cor-Magnitude (CMD de Aglomerados Abertos
CMD significa Color Magnitude Diagram. Como todas as estrelas de um
aglomerado estão aproximadamente a uma mesma distância o CMD se torna
uma ferramenta de diagnóstico para o estudo do estágio evolutivo dos
aglomerados.
Mesma
distância
(localização
espacial) ⇒ mesma idade ⇒ mesma
metalicidade.
Entretanto,
por
estarem concentrados sobre o
plano Galáctico podem sofrer de
alta extinção e avermelhamento.