Planul fundamental al galaxiilor eliptice

Planul fundamental al galaxiilor eliptice este o relație empirică între trei mărimi observabile care caracterizează structura acestor galaxii: dispersia vitezei , raza efectivă și luminozitatea suprafeței în raza respectivă.

Observațiile lui Djorgovski și Davis (1987) ale galaxiilor eliptice au evidențiat prezența unei distribuții speciale într-un spațiu tridimensional ale cărui axe sunt cele menționate mai sus. Prezența acestui plan, numit Planul fundamental (PF), are o mare importanță pentru studiul proprietăților cinematice și dinamice ale elipticelor și poate fi comparată într-un fel cu diagrama HR pentru stele. Este de fapt o varietate bidimensională într-un spațiu tridimensional, în timp ce diagrama HR este o varietate unidimensională într-un spațiu bidimensional. Este important să subliniem faptul că PF, adoptat inițial pentru eliptice, este valabil și pentru galaxiile spirale, chiar dacă acestea își populează propriul PF ușor deplasat față de eliptice, dar în general pentru orice sistem autogravitativ virializat, în acord cu ceea ce a fost găsit de la Burstein și colab. (metaplan cosmic).

Definiția cantităților observabile relevante

Dispersia vitezei

Pe baza lărgirii Doppler a liniilor spectrale găsite în observarea regiunii centrale a galaxiilor eliptice, este posibilă reconstituirea dispersiei de viteză a componentei stelare . Această dispersie a vitezei este indicată în general cu $\sigma _{0}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$ .

Fascicul efectiv

Acest observabil $R_{e}$ ${\ displaystyle R_ {e}}$ $Rege}$ în schimb este definit fotometric . Este definit în așa fel încât un cerc de rază $R_{e}$ ${\ displaystyle R_ {e}}$ $Rege}$ cuprinde o zonă care emite o putere luminoasă egală cu jumătate din cea emisă de întreaga galaxie.

Strălucirea suprafeței

Este pur și simplu puterea emisă de galaxie într-o rază dată, de exemplu în raza efectivă. Micile variații ale definițiilor acestor cantități, precum și diferențele dintre aparatele de observație, nu afectează validitatea planului eficient, care rămâne extrem de robust împotriva acestor perturbații.

Expresia matematică

Cantitățile definite mai sus sunt legate de relația care ia numele planului fundamental:

{R_{e}}\propto {\sigma _{0}}^{\beta }\cdot {I_{e}}^{\gamma }

{\ displaystyle {R_ {e}} \ propto {\ sigma _ {0}} ^ {\ beta} \ cdot {I_ {e}} ^ {\ gamma}}

{\ displaystyle {R_ {e}} \ propto {\ sigma _ {0}} ^ {\ beta} \ cdot {I_ {e}} ^ {\ gamma}}

Luând logaritmul relației anterioare obținem o relație liniară între logaritmii de $R_{e}$ ${\ displaystyle R_ {e}}$ $Rege}$ , $\sigma _{0}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$ , $L$ ${\ displaystyle L}$ $L$ , care se reprezintă geometric ca un plan.

Caracteristicile PF

Mergând să analizăm PF (de exemplu în banda B), se pot observa diferite caracteristici. În primul rând, este important să subliniem faptul că, în planurile conjugate, putem găsi relațiile de scară pentru eliptice: pe suprafața strălucirii versus dispersia vitezei există relația Faber-Jackson ; pe planul de raze eficient împotriva strălucirii suprafeței există relația Kormendy . Celelalte caracteristici evidente ale planului sunt:

Înclinarea

Dacă observăm PF tăiat, acesta este pe axe $M.$ ${\ displaystyle M}$ $M.$ împotriva $M/L$ ${\ displaystyle M / L}$ $M / L$ , observăm cum planul este înclinat și nu perfect orizontal. Acest lucru se datorează faptului că relația $M/L$ ${\ displaystyle M / L}$ $M / L$ nu este constantă cu masa, ci crește proporțional cu aceasta. Este o consecință a prezenței materiei întunecate care afectează gravitațional componenta luminoasă (adică stelele și gazul interstelar observate).

Strângerea

Aceasta este îngustimea planului; apare în special pe axa care măsoară raportul $M/L$ ${\ displaystyle M / L}$ $M / L$ și se observă o dispersie foarte scăzută a datelor, egală cu aproximativ 0,05%.

ZOE

ZOE, din English Zone Of Exclusion , se datorează faptului că o porțiune din avion nu este populată de eliptice. Acest lucru indică faptul că densitatea maximă a luminozității pentru sistemele stelare este proporțională cu $M^{4/3}$ ${\ displaystyle M ^ {4/3}}$ ${\ displaystyle M ^ {4/3}}$ .

Explicația PF

Având în vedere caracteristicile PF, întrebarea care apare natural este: cum să explicăm teoria PF observată? Trebuie să găsim o teorie care să poată descrie corect proprietățile PF și care trebuie să explice observațiile. Este firesc să ne gândim că putem aplica teorema virială care afirmă că dictează $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ energia cinetică e $\Omega$ ${\ displaystyle \ Omega}$ $\Omega$ energia potențială (în acest caz gravitațională), o avem $2T=-\Omega$ ${\ displaystyle 2T = - \ Omega}$ ${\ displaystyle 2T = - \ Omega}$ . Prin urmare, aplicând această teoremă ajungem la o ecuație precum cea indicată în secțiunea anterioară. Cu toate acestea, teoria oferă valori exponente pentru $\sigma _{0}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$ iar pentru $L$ ${\ displaystyle L}$ $L$ care nu sunt de acord cu cele găsite prin observare. În plus, această metodă nu explică caracteristica fundamentală a PF, care este înclinarea. De fapt, în tratamentul virialului, se presupune implicit că toată masa luminoasă este și cea care intervine în potențialul gravitațional. Acest lucru duce la presupunerea eronată că relația $M/L$ ${\ displaystyle M / L}$ $M / L$ rămân constante de la galaxie la galaxie.

Observațiile curbelor de rotație ale galaxiilor spirale au demonstrat existența materiei întunecate (DM), care acționează gravitațional asupra componentei luminoase (B). De asemenea, în cazul elipticelor, acest DM este prezent și poate fi văzut, de exemplu, de la înclinarea PF. Prin urmare, teoria trebuie modificată pentru a include atât componentele întunecate, cât și cele luminoase. Pentru a face acest lucru, se utilizează o teoremă virială oarecum generalizată: se numește teorema virială sub formă tensorială și se bazează pe tratamentul unui fluid necolizional, la fel ca și DM. Plecând de la ecuația lui Boltzmann ajungem la o expresie a Virialului care este capabilă să ia în considerare componentele DM și B și interacțiunea gravitațională reciprocă a acestora. În acest fel este posibil să se modeleze aceste două componente și se poate demonstra că există o configurație specială pentru distribuția lui B în potențialul format de DM. Această configurație specială se găsește prin impunerea egalizării energiei între potențialul lui B, datorită autogravitației sale, și potențialul forței de maree resimțită de B exercitată de componenta întunecată DM.

Ecuația PF rezultată depinde doar de distribuția componentei DM. Spus $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ parametrul care exprimă această distribuție, dacă $d=0.5$ ${\ displaystyle d = 0,5}$ ${\ displaystyle d = 0,5}$ , atunci exponenții discutați mai sus sunt pe deplin de acord cu rezultatele observaționale și același lucru este valabil și pentru înclinare.

În ciuda acestor succese aparente, rămân de explicat diverse lucruri, unul mai presus de toate de ce galaxiile sunt distribuite pe PF în acest fel și formarea lor este, de asemenea, legată de aceasta.

Portalul Deep Sky Objects : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de obiecte non-stelare