¿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 mancha irregular si está cerca, pero si está 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 diferenciarlas con el corrimiento al rojo? ¿Por algún otro método?

Una pregunta de seguimiento...

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

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

Respuestas (3)

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

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 descripción 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 usando radiotelescopios en interferometría, puede resolver escalas mucho mejores que un pequeño telescopio visible basado en la Tierra, etc.

¿Ha sido posible alcanzar esa alta resolución para detectar diferentes bandas del espectro altamente corrido al rojo?
Además, las estrellas en una galaxia tienen más movimiento que la superficie de una estrella, las líneas se verán más borrosas por el desplazamiento Doppler.
También puede hurgar en las imágenes producidas por Sloan Digital Sky Survey (SDSS) que tienen una resolución de aproximadamente 1 arcsec y compararlas con imágenes del WISE Atlas, que tiene una resolución de aproximadamente 10 arcsec (6 arcsec nativo, 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 .
@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.
Incluso las galaxias "redondas" se ven diferentes a las estrellas

cphyc's responde a la pregunta de manera excelente: la espectroscopia es la respuesta, aunque como, 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 cae radialmente es diferente; la luz de las estrellas disminuye aproximadamente como una distribución normal desde el centro hacia afuera (con algún perfil extra plegado 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?

escritura la fracción de galaxias que son fuente puntual, la respuesta es prácticamente ninguna. Las galaxias casi siempre se pueden resolver aunque, como bien dice también cphyc, no con cualquier instrumento. Los telescopios de radio y de 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 en longitudes de onda ópticas, así como en UV e IR, telescopios como el Telescopio Espacial Hubble e incluso buenos telescopios terrestres pueden resolver ~todas las galaxias, a menos que sean tan pequeñas que sean demasiado tenues 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 espera de la vida cotidiana), pero solo hasta cierta distancia, después de lo cual parecerá cada vez más grande. ¿Por qué esto es tan? Debido a que la luz se mueve con una velocidad finita, observamos las galaxias como eran en el pasado: cuanto más distantes, hace más tiempo. Y dado que en un Universo en expansión, "hace mucho tiempo" también significa más cerca, el ángulo que abarca una galaxia en el cielo es el ángulo que abarcaba cuando emitía la luz, no el ángulo que abarca hoy . Es decir, las 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 galaxia pequeña, abarca un ángulo dado por esta figura:

arcsec_kpc

Verá que las galaxias parecen más y más pequeñas cuanto más lejos están, hasta una distancia de aproximadamente 15 mil millones de años luz, después de lo cual vuelven a parecer más grandes. La galaxia más distante observada, GN-z11 , está tan lejos que su luz se emitió menos de quinientos millones de años después del Big Bang. Con un radio de 0.6 ± 0.3 k pag C ( Oesch et al. 2016 ) todavía abarca 0,15 segundos de arco, que HST puede resolver.

Disminución del brillo de la superficie

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

Así, el problema de observar galaxias muy lejanas no es que sean pequeñas, sino que son tenues .

@pela ¿Tendrá sentido pensar en esto de la siguiente manera: cuando las nuevas galaxias se vuelven visibles en nuestro horizonte cosmológico, se extenderían a lo largo de un diámetro angular mayor y, por lo tanto, parecerían más grandes, incluso si son muy débiles?
@DhruvSaxena: En principio, sí, pero si pudieras ver hasta el horizonte, mirarías hacia atrás en el tiempo hasta el Big Bang ( z → ∞ ) donde aún no se habían formado galaxias. Realmente no podemos ver más allá del CMB ( z ≃ 1100 ), pero incluso entonces no había galaxias. Ya podemos ver algunas de las primeras galaxias, que se formaron unos 100 millones de años después de BB ( z ∼ 10 ). En principio, deberían parecer grandes y tenues, pero el efecto se contrarresta un poco por el hecho de que las galaxias en ese momento simplemente no habían crecido hasta ser tan grandes como lo son hoy.

Ya se han dado buenas respuestas, pero quería proporcionar otra forma de verlo. Eche un vistazo a la imagen de abajo, que es el Hubble Extreme Deep Field (XDF) − para aquellos que no saben, esta es una pequeña parte del cielo que el Hubble ha observado durante un total de 23 días durante 10 años. − y notarás algo interesante. Es evidente que muchos de los objetos más grandes son galaxias, pero verá una gran cantidad de pequeños puntos de luz (casi 5500 de ellos) que son galaxias tan lejanas que el Hubble apenas puede determinar su extensión y tamaño. Ahora eche un vistazo al objeto brillante en el cuadrante inferior derecho. Debería ver que tiene picos azules y rojos a su alrededor, denominados picos de difracción . Este objeto es claramente una estrella y se nota principalmente por los picos de difracción. No ves estos picos de difracción en las galaxias, incluso en las galaxias que son pequeños puntos. Esta es una forma relativamente fácil de distinguir visualmente entre una estrella y una galaxia cuando la mira a través de un telescopio donde se espera que ocurran tales picos de difracción.

Campo Profundo Extremo del Hubble

Esto implica que, visualmente, las estrellas y las galaxias se ven diferentes, incluso si ambas son puntos diminutos en la imagen. También habrá diferencias en la forma en que se ven en formas menos perceptibles. Este concepto es capitalizado por un programa muy 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 averiguar cuál es cuál. Si quieres información más detallada sobre cómo este programa distingue entre estrellas y galaxias, echa un vistazo a su artículo publicado .

Fantástica información adicional. Gracias.
¿Por qué las galaxias no tienen picos de difracción?
@JanDvorak No es tanto que las galaxias no produzcan picos de difracción, es más que no puedes ver picos de difracción en las galaxias. Las galaxias son objetos extensos, mientras que las estrellas son fuentes puntuales. Para una galaxia, cada punto produce un pico de difracción (oscuro), pero para la imagen completa, esos picos se unen, por lo que nunca verá buenos picos de difracción para una galaxia como lo haría para una estrella "puntual". En segundo lugar, las galaxias suelen ser más tenues que las estrellas. Cualquier pico de difracción resultante será extremadamente difícil de ver.
Si esa estrella con picos de difracción estuviera lo suficientemente lejos, ¿aún verías los picos de difracción, o sería tan pequeña que se vería igual que los supuestos puntos de la galaxia? Eso es lo que imaginé cuando leí la pregunta. Obviamente, los picos de difracción facilitan la diferenciación, pero ¿hay algún punto en el que la fuente de luz sea tan pequeña que no se pueda notar la diferencia? ¿O es SExtractor tan preciso que puede distinguir desde la más pequeña de las fuentes de luz?
@Zack Una sola estrella tan lejana esencialmente no se vería. Pero incluso entonces, tendría un solo conjunto de picos donde una galaxia tendrá miles de millones de conjuntos superpuestos. En 2015, las fotos del Hubble resolvieron estrellas individuales en Andrómeda. No creo que se hayan fotografiado estrellas individuales fuera de la Vía Láctea (y tal vez en un par de galaxias enanas más cercanas).
Además, vale la pena señalar que los picos de difracción se deben al hecho de que su instrumento ve el objeto como un punto o como una fuente extendida sin resolver. Por ejemplo, si miras al cielo con tus ojos desnudos, las estrellas 'brillan' (ves estos picos), pero los planetas como Marte y Júpiter no. Esto se debe a que nuestro ojo las ve como una fuente extendida poco resuelta, mientras que las estrellas son solo puntos (para su ojo).
@user2338816 Pensé que ver estrellas individuales en la "nebulosa" de Andramada era la prueba final de que se trataba de un "universo isla", y medir las variables individuales de céfidos encontró la distancia y la escala a otras galaxias.
@JDługosz Detectar la variación de luz de una cefeida en una neblina de luz nublada de muchas estrellas no requiere la resolución real de una sola estrella. Vio un fuerte aumento en el brillo de lo que pensó que era una nebulosa y supuso 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 ubicaba 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 si estrellas individuales. Todavía parecía una neblina.
@cphyc Creo que tu comentario es engañoso. Ve picos de difracción para las estrellas porque la luz se difracta en los puntales que sostienen el espejo secundario en su lugar. No lo ves para las galaxias y los planetas por la razón que describí anteriormente. No es que no existan, simplemente se mezclan y, por lo tanto, no se pueden distinguir picos de difracción claros. Además, no sé ustedes, pero yo no veo picos de difracción en las estrellas que veo a simple vista. No a menos que entrecierre los ojos (en cuyo caso la difracción se debe a tus pestañas). Tiene que haber algo para que la luz se defracte.
@Zack Parece que no entiendes cómo funciona. Las estrellas tienen picos de difracción precisamente porque están muy lejos. Su relación entre el tamaño físico y la distancia es tan increíblemente pequeña (en comparación con, por ejemplo, las galaxias) que son efectivamente fuentes puntuales. Debido a que son un único punto de luz, tienen fuertes picos de difracción creados por ese único punto. El brillo de los picos se atenúa con la distancia, pero los picos están tan bien definidos porque las estrellas son tan parecidas a puntos debido a su distancia.
¿Se puede detectar la diferencia entre una estrella y una galaxia que son fuentes puntuales?
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