Katarzyna Małek
Narodowe Centrum Badań Jądrowych
12.03.2025
Galaktyki to bardzo złożone obiekty składające się z setek miliardów gwiazd, gazu i pyłu (i ciemnej materii),
stanowią podstawowy budulec w Wielkoskalowej Strukturze Wszechświata.
Credit: ESO; VIMOS facility, the "first light" on February 26, 2002. The famous "Antennae Galaxies" (NGC 4038/9), the result of a recent collision between two galaxies.
Galaktyki to bardzo złożone obiekty składające się z setek miliardów gwiazd, gazu i pyłu (i ciemnej materii),
stanowią podstawowy budulec w Wielkoskalowej Strukturze Wszechświata.
Credit: ESO; VIPERS
Credits:
F. Summers, Z. Levay, L. Frattare, B. Mobasher, A. Koekemoer and the HUDF Team (STScI)
Copyright: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University), K. Noll (STScI), and J. Westphal (Caltech)
Credit: NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), and the HUDF 2012 The Hubble Ultra Deep Field 2012
Zmiana właściwości galaktyk w funkcji czasu
Źródło: Galaxy zoo
NGC 4881, gromada Coma, Credit: W. A. Baum (U. Washington), WFPC2, HST, NASA
NGC 4621 - an E5 galaxy
Courtesy the Digitized Sky Survey
M89 - an E0 galaxy
Courtesy the Digitized Sky Survey
M32 - An E2 galaxy
Courtesy AURA/NOAO/NSF
SA: Zgrubienie centralne (bulge) + dysk z ramionami spiralnymi
Three contrasting spiral galaxies:
a face-on spiral galaxy with tightly wound arms (left), a face-on spiral galaxy with very loose arms (center) and an edge-on spiral galaxy (right) (SDSS)
SB: Z poprzeczką – bardzo wydłużone zgrubienie centralne, na którego końcach zaczynają się ramiona
NGC 3559, a barred spiral
Image courtesy Steve Kent
b/a < 0,3
Bez stuktur wewnętrznych, ale zgrubienie centralne (także w kształcie poprzeczki) i dysk
Bez zaciemniającej materii - “wczesne”, S0-
NGC 936, an SB0 galaxy from the SDSS
Z zaciemniającą materią, często w formie pierścieni “śladowa struktura spiralna”: S00, S+
NGC 2787: A Barred Lenticular Galaxy
Credit: Marcella Carollo (ETHZ), Hubble Heritage, NASA
“Bez symetrii ani dominującego jądra”
Podobne do Obłoków Magellana (ze strukturami gwiazdowymi) – Irr I
W LMC i in. odkryto słabą strukturę spiralną
-> Scd, Sd, Sdm, Sm, Im
Neighboring Galaxy: The Large Magellanic Cloud
Credit & Copyright: AURA/ NOAO/ NSF
Bez śladu uporządkowania – Irr II (I0): bogate w materię międzygwiazdową, zawierają młode gwiazdy, często “starburst” (przechodzące epizod aktywności gwiazdotwórczej)
NGC 1705, Hubble Telescope
unowocześnienie systemu Hubble'a, włączenie galaktyk nieregularnych, płynne przejścia między typami
Typy “pośrednie”:
Między galaktykami spiralnymi z poprzeczką i bez poprzeczki:
SA- SAB – SB
Spiralne płynnie przechodzące w nieregularne: Sc- Scd-Sd-Sdm-Im
Precyzyjniejsza definicja typów galaktyk spiralnych, oparta na “spiralności” bądź “pierścieniowości” struktury, z typami pośrednimi:
(r) (s) (rs)
przestrzeń klasyfikacji
przestrzeń klasyfikacji (przekrój)
Text
De Vaucouleurs 1963, ApJ Suppl. 8, 31
Dodał trzecie “ramię” galaktyk spiralnych o “gładkich” ramionach – tzw. anemiczne galaktyki spiralne, ze słabą aktywnością, które prawdopodobnie niedługo staną się soczewkowate; rzadko spotykane – najczęściej w bogatych gromadach
Credit Adam Block/NOAO/AURA/NSF
Dodał klasy jasności (od I do V) dla galaktyk spiralnych, zależne od stopnia rozwoju struktury spiralnej
(Sc I – dobrze rozwinięte długie ramiona, Sc V – słabo zaznaczone ramiona)
Z grubsza klasy skorelowane są z jasnością absolutną, chociaż nie tak dobrze jak sądzono.
GALAXY MORPHOLOGY AND CLASSIFICATION
Sidney van den Bergh
Arp, Atlas of peculiar galaxies, 1966, 1987
Pierścień zamiast dysku lub halo (Carthweel ring) – galaktyki pierścieniowe (ring galaxies)
Pary oddziałujących galaktyk (galaktyki Anteny)
Galaktyki zaburzone po bliskim przejściu koło innej galaktyki
M82: Galaxy with a Supergalactic Wind (Galaktyka nieregularna przeżywająca okres aktywności gwiazdotwórczej po bliskim przejściu koło M81)Credit: NASA, ESA, The Hubble Heritage Team, (STScI / AURA) Acknowledgement: M. Mountain (STScI), P. Puxley (NSF), J. Gallagher (U. Wisconsin)
Kwazary, AGNy
Galaktyki przechodzące wybuch aktywności gwiazdotwórczej (starburst galaxies)
...i wkrotce po takim epizodzie (post-starburst galaxies)
Galaktyki N (zdominowane przez jądro)
Galaktyki cD (supermasywne, eliptyczne, otoczone wielkimi otoczkami, przeważnie w centrach gromad)
Galaktyki wykrywane w innych niz optyczna zakresach:
Galaktyki karlowate: wiekszosc istniejacych galaktyk
Spitzer Space Telescope (IR): karlowate galaktyki (czerwone) w ogonach pływowych dwóch dużych zderzających się galaktyk.
Malin 1: lata 80'
5x wieksza niz Droga Mleczna (najwieksza znana spiralna galaktyka)
Ma jasność ok 1% jasności normalnej galaktyki
Rozne typy i wielkosci
Bardzo trudne do zaobserwowania
Przypuszczalnie na wczesnym etapie formowania sie
Spekuluje sie, ze stanowia nawet 50% wszystkich galaktyk
-> wszelkie dotychczasowe regularnosci dotycza tylko jasnych galaktyk
Leo 1 (karłowata LSBG)
Leo 1 (karłowata LSBG)
Leo 1 (karłowata LSBG)
Hubble Ultra Deep Field
2.2 < z < 3 galaktyki – od najbardziej do najmniej symetrycznych. Typowo: mniejsze, bardziej niebieskie bardziej asymetryczne niż dziś – najprawdopodobniej dzięki znacznie częstszym zderzeniom.
(Conselice et al. 2008)
(Mortlock et al. 2013)
Źródło: Galaxy zoo
This portrait view panorama shows our colourful Milky Way stretch above the Atacama Desert. Taken during the ESO Ultra HD Expedition.
Źródło: SO/B. Tafreshi (twanight.org)
The entire arc of the Milky Way can be seen in the southern sky in this view from the European Southern Observatory's Very Large Telescope at the Paranal Observatory in Chile's Atacama Desert. (Image: © Miguel Claro).
w zasadzie niemożliwe do wykonania nawet w przypadku naszej Galaktyki (a co dopiero jej sąsiadek! tu M31)
CANDELS surve
Nachylenie tej zależności jest ważne i zdefiniowane jako specyficzne tempo formowania się gwiazd
sSFR= SFR/M*
Masa gwiazdowa reprezentuje przeszłe formowanie się gwiazd, i możemy ja zapisać jako M* = <SFR> * T*(1-R) uwzględniając współczynnik recyklingu R, T jest wiekiem populacji gwiazdowej. sSFR porównuje obecne formowanie się gwiazd do uśrednionego przeszłego tempa tworzenia się nowych gwiazd w galaktyce.
CANDELS surve
Nachylenie tej zależności jest ważne i zdefiniowane jako specyficzne tempo formowania się gwiazd
sSFR= SFR/M*
Jeśli założymy stały SFR(t), sSFR skaluje się jako odwrotność wieku galaktyki.
CANDELS surve
W pobliskim wszechświecie sSFR maleje wraz ze wzrostem M*:
Zachowanie to jest również obserwowane przy wyższych przesunięciach ku czerwieni, popychając formowanie się populacji gwiazd masywnych galaktyk przy bardzo wysokich przesunięciach ku czerwieni. Jest to znane jako downsizing formation of galaxies.
Liniowa relacja miedzy SFR a masa gwiazdowa dla typowych galaktyk aktywnych gwiazdotworczo
Wypłaszczenie dla dużych mas?
Starbursts – nad; galaktyki przejściowe i pasywne – pod
Brinchmann et al. 2004; Noeske et al. 2007
Text
Rodrighiero et al. 2011
Czyli “red sequence” (“old, red and dead” - galaktyki nie tworzące gwiazd, sferoidalne, masywne) i “blue cloud” (tworzące gwiazdy, mniej masywne, dyskowe)
Obie tworzą rozkłady dobrze opisywalne rozkładem Gaussa (bimodality)
Franzetti et al. 2007
Arnouts et al., 2013
By using the Spitzer 24 m sample in the COSMOS field ( 16400 galaxies with 02 z 13)andalocal GALEX-SDSS-SWIRE sample ( 700 galaxies with z 02),
Credits: NASA
+ pobliskie gwiazdy wysyłają gorące i jasne promieniowanie UV, chmura pyłu może działać jako osłona, chroniąca przyszłe gwiazdy przed zerwaniem ich wiązań chemicznych.
Praktycznie każde ciało, nawet takie, które wydaje nam sie bardzo zimne emituje promieniowanie termiczne. Obiekt nie dość gorący, żeby świecić w świetle widzialnym będzie wyświecał większość swojej energii w podczerwieni.
detekcja i analiza promieniowania IR emitowanego przez obiekty znajdujące się we Wszechświecie,
obejmuje naukę ”prawie wszystkiego“ we Wszechświecie,
pozwala na obserwacje bardzo dalekiego Wszechświata - promieniowania wyemitowanego w zakresie optycznym i UV przesunięte ku podczerwieni tak, że obserwujemy IR (o tym na koniec).
NIR 1 – 5 μm jasne, niebieskie gwiazdy bledną, pojawiają się niewidoczne, chłodne czerwone gwiazdy,
MIR 5 – 30 μm chłodne gwiazdy znikają, pojawiają się chłodne obiekty takie jak planety, komety i asteroidy,
FIR 30 – 200 μm znikają gwiazdy, natomiastwyłania się bardzo zimna materia (140K i mniej).
Centrum Drogi Mlecznej -- Hubble Space Telescope's Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) Credits: Hubble: NASA, ESA, and Q.D. Wang (University of Massachusetts, Amherst); Spitzer: NASA, Jet Propulsion Laboratory, and S. Stolovy (Spitzer Science Center/Caltech)
Credit: NASA Goddard Space Flight Center (https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/mwmw/mmw_edu.html)
fale IR, poza kilkoma wąskimi “oknami” głownie poniżej 4
mikronów (bliska podczerwień), są praktycznie całkowicie
absorbowane przez ziemską atmosferę,
atmosfera także sama silnie świeci w podczerwieni, często
silniej niż źródła astronomiczne, które chcemy
obserwować,
detektor musi być schłodzony do okolic absolutnego zera
(−459oF , −273oC ), aby nie obserwował promieniowania
podczerwonego pochodzącego od samego siebie.
czyli jak modelujemy widma energetyczne galaktyk
Dla różnych typów galaktyk zwykle staramy się określić:
https://github.com/bd-j/prospector
https://github.com/bd-j/prospector
https://github.com/bd-j/prospector
https://github.com/bd-j/prospector
sSFR=SFR/Mstar
https://github.com/bd-j/prospector
Najwcześniejsze etapy powstawania gwiazd można zaobserwować w UV. Jednak cząsteczki pyłu mają tendencję do pochłaniania promieniowania UV emitowanego przez młode, masywne gwiazdy. Ogrzane w ten sposób obszary chmur otaczajacych nowoutworzone gwiazdy emitują promieniowanie w IR (λ ∼ 1-1000 μm).
W związku z tym, emisja pyłu jest silnym wskaźnikiem SFR, a modelowanie SED musi uwzględniać atenuację pyłu.
https://github.com/bd-j/prospector
https://github.com/bd-j/prospector
Multiwavelength imagery of DustPedia galaxy NGC 368 and Six of the enigmatic blue and dusty gas rich galaxies revealed in Clark et al., 2015
http://www.stsci.edu/~dcoe/BPZ/sedanim.gif
https://ogrisel.github.io/scikit-learn.org/
ekstynkcja (ast. galaktyczna) -- pochłanianie i rozpraszanie energii pochodzącej z punktowego obiektu i przechodzącej przez "ścianę" pyłu w kierunku obserwatora.
atenuacja (astr. pozagalaktyczna) -- wiele punktowych źródłeł światła zanurzonymi w otaczającym je pyle. Mogą się one znajdować przed, za lub pomiędzy drobinami pyłu a obserwatorem.
Salim & Nayaranan 2020
Iyer et al., 2025
Rozkład energetyczny galaktyki w funkcji długości fali nazywany jest widmem energetycznym galaktyki (SED).
Credits: L. Ciesla & M. Hammed
The basics of the spectral energy distribution (SED) fitting methods is to reconstruct the stellar (and dust) emission of a galaxy with population synthesis models and SFH of varying complexity with free parameters based on the multi-λ broadband including dust attenuation.
SED fitting a method commonly used to derive physical parameters useful to quantify galaxy evolution, the most popular ones being the SFR and the Mstar.
CIGALE
Code Investigating GALaxy Emission
http://cigale.lam.fr/