Felületi fényesség

8.1.1.1. A felületi fényesség definíciója

Az I_νmonokromatikus felületi fényességet, avagy monokromatikus intenzitást a következőképpen definiáljuk:

(8.1) ahol L_ν a ν frekvencián leadott sugárzási teljesítmény, F_ν a monokromatikus fluxus, Ω pedig a térszög. A monokromatikus felületi fényesség mértékegysége a Wm^-2Hz^-1steradian^-1, melynek a csillagászatban általában kis törtrészével találkozunk, ezért SI egység a jansky (Jy) is:

(8.2) Ugyanakkor a galaxisok felületi fényességére használhatjuk a L_⃝pc^-2 egységet is. Az optikai fotometriában a felületi fényesség mérésére a magnitúdó/négyzetívmásodperc mértékegység használatos, erre a következő jelölést használjuk: mag/□′′. Aµfelületi fényesség azmlátszó magnitúdó és az Ω’’ négyzet-ívmásodpercben megadott apertúrával:

26,4mag/□′′ , ami értéknek felel meg (8.3) A felületi fényesség eloszlását kontúrtérképeken is megjelenítik, az azonos felületi fényességű pozíciókat összekötő kontúrvonal elnevezése:izofóta.

8.1.1.2. A felületi fényesség eloszlása mérésének lépései

A galaxis általában, mint kiterjedt forrás jelenik meg a fotometriai mérés eredményében. A galaxisról készített kalibrált kép feldolgozásakor a következő lépéseket tesszük:

• Pontforrásokat azonosítunk, melyek nem a galaxis részei.

• Az elméleti, vagy tapasztalati pontforrás leképezési függvény (point spread function, PSF) alkalmazásával levonjuk ezen pontforrások járulékát a képről.

• Az izofótákat megrajzoljuk, és ezekhez ellipsziseket illesztünk.

A 8.1. ábrán ezeket mutatjuk be az NGC3193 galaxisra az ARCHANGEL galaxis fotometriai szoftver rendszert alkalmazva. Az ARCHANGEL egy UNIX alapú szoftvercsomag galaxisok felületi fényesség fotometriájának elemzésére (Schombert 2007, 2011). Magába foglalja az égi háttér meghatározását, a kép tisztítását (frame cleaning, azaz csillagok levonása), ellipszis illesztést, fényesség-eloszlás profil illesztését, teljes és adott izofótán belüli fényesség meghatározását.

120

XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at http://www.renderx.com/

8.1.a ábra:Az NGC3193 elliptikus galaxis CCD felvétele (Schombert 2007).

8.1.b ábra:Az NGC3193 galaxis CCD felvétele a csillagokat kimaszkolta az algoritmus (Schombert 2007).

A galaxisok állapotjelzői és meghatározásuk

8.1.c ábra:Az NGC3193 galaxis CCD felvétele izofótákkal (Schombert 2007).

122

XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at http://www.renderx.com/

8.1.d ábra:Az NGC3193 galaxis de Vaucouleurs profilja az ARCHANGEL szoftverrel (Schombert 2007). Aµ_e effektív fényesség és az ehhez tartozór_eeffektív sugár az ábra bal alsó sarkában olvasható (Schombert 2011).

8.1.1.3. A Sersic-profil

AzI(r)felületi fényesség radiális eloszlására egy általánosított függvényt vezetett be Jose Luis Sersic tapasztalati úton, ez az úgynevezettSersic profil(Sersic 1963):

(8.4)

AholI(r)azrsugárnál vett intenzitás;I₀a középponti intenzitás;r_ha skálamagasság;npedig az úgynevezett Sersic index, vagy alak-paraméter. A Sersic-index speciális értékeinél ismert görbéket kapunk: n=1 exponenciális, n=0,5 Gauss görbe. Az elliptikus galaxisokra: 1,5 < n < 20; bulge-okra 1,5 < n < 10, küllőre n ≈ 0,5; korongokra n ≈ 1.

A galaxis teljes fluxusa egyik meghatározási módja, hogy a felületi fényesség profil mérése után Sersic-profilt illesztünk, és abból analitikusan számítjuk a fluxust.

8.1.1.4. A felületi fényesség profil és a galaxis komponensei

Valós esetekben a felületi fényesség profil több komponens kombinációja.

8.2. ábra:Az NGC2776 spirálgalaxis képe az SDSS felmérés r fotometriai sávjaiban (bal), és az r és g sávú felületi fényesség függése a galaktocentrikus sugártól (jobb), az úgynevezett radiális felületi fényesség profil. (Pohlen &

Trujillo 2006)

Egy spirálgalaxis fényesség profilja a galaxis alrendszereinek megfelelően a központi szferoid (bulge), a korong és a halo profiljainak összege. Ezen belül a korong tovább bontható a vékony és vastag korongra (thin and thick disk). Bár a halo is felbontható egy belső barionikus halora és a sötét anyag halora, de értelemszerűen utóbbinak nincs fényesség járuléka. A felületi fényesség profilok azrgalaktocentrikus távolság függvényében azr_eeffektív sugárral ésr₀skálahosszal:

a szferoid fényesség un. ¼-es profilja (8.5) a korong exponenciális felületi fényesség profilja (8.6) A korong felületi fényesség eloszlása gyakran csak két exponenciális eloszlás lineáris kombinációjaként adható meg, azaz két skálahossz van:r_0,thin<r_0,thick.

A galaxisok állapotjelzői és meghatározásuk

8.1.1.5. A fénymérés korlátai – az éjszakai égbolt fényessége

Az éjszakai égbolt természetesen nem sötét, hiszen számos földi és földön kívüli fényforrás fényével „szennyezett”.

A legfőbb források, melyek az égbolt háttér/előtér fényét adják a látható tartományban:

• airglow: a felső atmoszféra fotokémiai folyamatai produkálják, spektruma szabálytalan és erősen változó időben és a földrajzi szélesség függvényében

• lakott területek fényforrásai: lehet erős emissziós vonalas (Na, Hg) és folytonos spektrum

• állatövi fény: a Naprendszer törmelék porkorongja porszemcséin szóródó fény

• fel nem bontott csillagok fénye

• diffúz extragalaktikus fény: fel nem bontott extragalaktikus forrásoktól ered

8.3. ábra:Az airglow a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetéről. Az Orion csillagkép egy részét a földi légkör sárgás-zöldes derengése takarja. (Credit: Don Pettit, ISS Expedition 6 Science Officer, NASA)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Orion1_big.jpg

Az éjszakai égbolt felületi fényessége az U, B, V, R, I fotometriai sávokban egy tipikus holdtalan éjszakán: 22;

22,7; 21,8, 20,9; 19,9 mag/□′′. Az égbolttól származó felületi fényességet meg kell állapítani és le kell vonni.

124

XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at http://www.renderx.com/

8.1.1.6. A fénymérés korlátai – leképezés

Ahogyan azt korábban már említettük, a galaxis, mint kiterjedt objektum képére előtér objektumok (elsősorban a Tejútrendszer csillagai) is vetülhetnek, ezeket megfelelő eljárással meg kell találni és le kell vonni a képből. Az eljáráshoz szükség van a teljes optikai rendszer leképezésének ismeretére.

A fotometriai úton megismerhető galaxis minta természetesen megfigyelési korlátokkal terhelt, nem elfogulatlan.

A nagyon alacsony felületi fényességű galaxisokat nem fogjuk látni az égi háttér fluktuációitól. A nagyon kis látszó átmérőjű galaxisokat nem tudjuk megkülönböztetni a csillagoktól. Eztluminosity and surface brightness bias-nak hívják.

8.4. ábra:A felső képen az NGC5300 galaxis „csillagtalanított” (fehér téglalapok a csillagok helyén) felületi fényességét a galaxis középpontja körüli koncentrikus ellipszis-gyűrűkben határozzuk meg. Az alsó ábrán ezen gyűrűkben mért átlagos felületi fényességet (önkényes egységben) látjuk a gyűrű átmérőjének függvényében. A függőleges szakaszok közti részen meghatározható a galaxis körüli átlagos égboltfényesség (szaggatott vonal) és

ennek szórása.