¿Se puede detectar la diferencia entre una estrella y una galaxia que son fuentes puntuales?

Obviamente, una estrella sería una fuente puntual. Una galaxia debería ser una gota irregular si está cerca, pero si está muy lejos, parecería que una galaxia también sería solo una fuente puntual.

Dado que la estrella y la galaxia solo eran detectables como fuentes puntuales, ¿pueden los astrónomos distinguirlas con desplazamiento al rojo? Por algún otro método?

Una pregunta de seguimiento ...

¿Qué porcentaje de galaxias si nuestro universo solo podemos detectar como fuentes puntuales?

star galaxy redshift

— MaxW
fuente

El porcentaje de galaxias que vemos como fuentes puntuales depende del instrumento, entonces, ¿en cuál estás pensando?

— cphyc

Respuestas:

Para distinguir las galaxias de las estrellas, puede usar el espectro. Aproximadamente, las estrellas tienen un espectro similar al del cuerpo negro con características que dependen de la absorción y emisión en la línea de visión y en la cromosfera de la estrella.

Las galaxias por otro lado de un espectro que es el compuesto de toneladas de estrellas. El espectro, por ejemplo, será mucho más amplio (desde longitudes de onda más pequeñas a más grandes) debido a la diversidad en los espectros de las estrellas.

Eche un vistazo a http://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/spectra_astro_types.html si desea una visión general rápida de las diferencias.

No tengo un número preciso sobre el número de galaxias que vemos como fuente puntual, pero la respuesta varía mucho de un instrumento a otro. Si intenta observar una galaxia utilizando radiotelescopios en interferometría, puede resolver escalas mucho mejores que un pequeño telescopio visible basado en la Tierra, etc.

— cphyc
fuente

¿Ha sido posible alcanzar esa alta resolución para detectar diferentes bandas del espectro altamente desplazado al rojo?

— Lelouch

Además, las estrellas en una galaxia tienen más movimiento que la superficie de una estrella, las líneas serán más borrosas por el desplazamiento Doppler.

— Loren Pechtel

También puede hurgar en las imágenes producidas por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) que tienen una resolución de aproximadamente 1 arco y compararlas con imágenes del WISE Atlas, que tiene una resolución de aproximadamente 10 arcos (6 arcos nativos, convolucionado con PSF para mejorar la sensibilidad de detección de objetos puntuales). Compare la galaxia en (179.710668548, -0.438511083): agradable y resuelta en SDSS , punto sin características en AllWISE .

— Sean Lake el

@Lelouch porque todo el espectro se desplaza uniformemente hacia el rojo, en realidad puedes resolver bandas, etc. en la Tierra incluso para galaxias lejanas. Sin embargo, tener las bandas en el espectro visible emitido de la galaxia es cada vez más difícil.

— cphyc

Incluso las galaxias "redondas" se ven diferentes de las estrellas

cphyc responde excelentemente a la pregunta: la espectroscopia es la respuesta, aunque dado que, como se explica a continuación, las galaxias no son fuentes puntuales, la morfología de las estrellas y las galaxias también es diferente: incluso las galaxias elípticas observadas a lo largo de uno de sus ejes se ven diferentes de las estrellas. Aunque ambos son redondos, la forma en que su luz se cae radialmente es diferente; La luz de las estrellas disminuye aproximadamente como una distribución normal desde el centro y hacia afuera (con un perfil extra doblado que depende del instrumento), mientras que el perfil de brillo de la superficie de las galaxias disminuye de una manera algo más complicada (por ejemplo, un perfil Sérsic ).

¿Pueden las galaxias ser fuentes puntuales?

Wrt. la fracción de galaxias que son fuente puntual, la respuesta es prácticamente ninguna. Las galaxias casi siempre se pueden resolver aunque, como dice cphyc también correctamente, no con ningún instrumento. Los telescopios de radio y rayos gamma tienen una resolución muy pobre, y en estas longitudes de onda las fuentes generalmente no se pueden resolver a menos que estén relativamente cerca. Pero a las longitudes de onda ópticas, así como a los rayos UV e IR, los telescopios como el telescopio espacial Hubble e incluso los buenos telescopios terrestres pueden resolver ~ todas las galaxias, a menos que sean tan pequeñas que estén demasiado oscuras para ser vistas de todos modos.

Diámetro angular en un universo en expansión.

La razón es una característica bastante peculiar del Universo en expansión: una galaxia se verá cada vez más pequeña, cuanto más lejos esté (como se esperaba de la vida cotidiana), pero solo a una cierta distancia, después de lo cual aparecerán cada vez más grandes. ¿Por qué esto es tan? Debido a que la luz se mueve con una velocidad finita, observamos galaxias como lo fueron en el pasado: cuanto más distantes, más tiempo atrás. Y dado que en un Universo en expansión, "hace mucho tiempo" también significa más cerca, el ángulo que una galaxia abarca en el cielo es el ángulo que abarcó cuando emitió la luz, no el ángulo que abarca hoy . Es decir, galaxias muy distantes emitieron la luz que vemos hoy cuando estaban tan cerca que abarcaban un gran ángulo.

La relación exacta entre la distancia y el ángulo sólido de una galaxia depende de la cosmología (es decir, los valores de los parámetros de densidad, la constante de Hubble, etc.). Para las últimas mediciones de Planck (2015) , una galaxia de 1 kpc (~ 3000 años luz) de ancho, que se consideraría una pequeña galaxia, abarca un ángulo dado por esta figura:

$0.6\pm0.3\,\mathrm{kpc}$

Disminución del brillo de la superficie

Desafortunadamente, este efecto también hace que las galaxias distantes sean más difíciles de detectar. Una galaxia solo emite tanta luz, por lo que distribuir su luz sobre, por ejemplo, el doble del diámetro angular, la hace cuatro veces menos brillante.

Por lo tanto, el problema de observar galaxias muy distantes no es que sean pequeñas, sino que son oscuras .

— pela
fuente

@pela ¿Tendrá sentido pensar en esto de la siguiente manera: cuando las nuevas galaxias se vuelvan visibles en nuestro Horizonte Cosmológico, se extenderían a través de un diámetro angular mayor y, por lo tanto, parecerían más grandes, incluso si son muy débiles?

— Dhruv Saxena

@DhruvSaxena: En principio sí, pero si pudieras ver todo el camino hasta el horizonte, mirarías hacia atrás en el tiempo hasta el Big Bang (

z \to \infty

$z\rightarrow\infty$

z ≃ 1100

$z\simeq1100$

z \sim 10

$z\sim10$

$-$ $-$ . Este objeto es claramente una estrella y se puede ver principalmente debido a los picos de difracción. No se ven estos picos de difracción en las galaxias, incluso en las galaxias que son diminutas puntas. Esta es una forma relativamente fácil de distinguir visualmente entre una estrella y una galaxia cuando se mira a través de un telescopio donde se espera que ocurran tales picos de difracción.

Esto implica que visualmente, las estrellas y las galaxias se ven diferentes, incluso si ambas son pequeñas manchas en la imagen. También habrá diferencias en la forma en que se ven de maneras menos perceptibles. Este concepto se capitaliza con un programa ampliamente utilizado por los astrónomos, SExtractor , diseñado para obtener una imagen del cielo y poder diferenciar entre estrellas y galaxias. Utiliza estas pequeñas diferencias entre las formas en que las galaxias y las estrellas aparecen en las imágenes para descubrir cuál es cuál. Si desea información más detallada sobre cómo este programa distingue entre estrellas y galaxias, eche un vistazo a su artículo publicado .

— céfiro
fuente

¿Por qué las galaxias no tienen espigas de difracción?

— John Dvorak

@ JanDvorak No es tanto que las galaxias no produzcan picos de difracción, es más de lo que no se pueden ver picos de difracción en las galaxias. Las galaxias son objetos extendidos, mientras que las estrellas son fuentes puntuales. Para una galaxia, cada punto produce un pico de difracción (tenue), pero para toda la imagen, esos picos se unen para que nunca veas buenos picos de difracción para una galaxia como lo harías con una estrella "puntual". En segundo lugar, las galaxias suelen ser más tenues que las estrellas. Los picos de difracción resultantes serán extremadamente difíciles de ver.

— zephyr

@Zack Una sola estrella que lejos no se vería esencialmente. Pero incluso entonces, tendría un solo conjunto de espigas donde una galaxia tendrá miles de millones de conjuntos superpuestos. En 2015, las fotos del Hubble resolvieron estrellas individuales en Andromeda. No creo que se hayan fotografiado estrellas individuales fuera de la Vía Láctea (y tal vez en un par de galaxias enanas más cercanas).

— user2338816

Además, vale la pena señalar que los picos de difracción se deben al hecho de que su instrumento ve el objeto como un punto / como una fuente extendida poco resuelta. Por ejemplo, si miras el cielo con los ojos desnudos, las estrellas están 'brillando' (ves estas puntas) pero los planetas como Marte y Júpiter no. Esto se debe a que nuestro ojo los ve como una fuente extendida poco resuelta, mientras que las estrellas son solo puntos (para su ojo).

— cphyc

@ JDługosz La detección de la variación de luz de una Cefeida en una neblina nublada de luz de muchas estrellas no requiere la resolución real de una sola estrella. Vio un fuerte aumento en el brillo de lo que él pensó que era una nebulosa y asumió que había presenciado una nova. Después de comparar con fotos anteriores de otros, reconoció la variabilidad como una Cefeida. Había matemáticas que podían calcular la distancia de una Cefeida, y el resultado la situó al menos a un millón de años luz fuera de nuestra galaxia. Fue entonces cuando se dio cuenta de que no era una nebulosa, no porque fuera una estrella individual. Todavía parecía una bruma.

— user2338816