Структура, динамика и эволюция дисковых галактикНИР

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 15 августа 2014 г.-31 декабря 2014 г. Структура, динамика и эволюция дисковых галактик
Результаты этапа: Проводились наблюдения на сканирующем интерферометре Фабри-Перо 6-метрового телескопа САО РАН по ряду программ в рамках проекта. Программа построения полей скоростей ионизованного газа в линзовидных галактиках преследовала цель выяснить, насколько часто плоскости вращения газовых дисков в этих галактиках не совпадают с основной плоскостью звездных дисков. Обработаны данные наблюдений 5 S0 галактик, для которых построены поля лучевых скоростей ионизованного газа в линиях [OIII] и H-альфа. В NGC 4026 - линзовидной галактике с ребра - обнаружено искривление газового диска с радиусом, что вызвано аккрецией из филамента, сильно наклоненного к плоскости диска галактики (он виден в нейтральном водороде). В NGC 7280 также видно сильное искривление газового диска, во внешних областях несимметричное относительно центра. Внутренний газ NGC 7280 вращается в полярном кольце. По данным сканирующего интерферометра Фабри-Перо детально изучена кинематика истечения ионизованного газа, индуцированного звездообразованием, происходящего в центральных областях галактики NGC 4460 (галактический ветер). Построена пространственная модель истечения и распределение скоростей вылета отдельных эмиссионных филаментов. Показано, что наблюдаемой скорости газа недостаточно, чтобы преодолеть тяготение галактики, т.е. должна иметь место аккреция охлажденного газа из гало обратно в диск. Проводились наблюдения кинематики газа и звезд и параметров звездных населений дисковых галактик ранних типов на спектрографах с длинной щелью - редукторе SCORPIO-2 6-метрового телескопа САО РАН и спектрографе RSS 11-метрового телескопа SALT Южно-Африканской астрономической обсерватории. Был проведен анализ длиннощелевых спектральных наблюдений спиральной галактики UGC11919. Полученные результаты подтверждают наличие у этой галактики аномально низкого динамического отношения массы к светимости звездного населения, которое может свидетельствовать об IMF с недостатком звезд малой массы. В изолированной линзовидной галактике NGC 448 по данным спектроскопии с длинной щелью SCORPIO 6-метрового телескопа обнаружено два противовращающихся в одной плоскости звездных диска. В отличие от трех предыдущих случаев такого рода, средние возраста звезд обоих противовращающихся дисков оказались в NGC 448 неразличимы. Разработана программа и получено время для спектральных наблюдений толстых дисков галактик, видимых с ребра, на 6-метровом телескопе САО РАН. Получено также время и первые спектральные данные для 6 линзовидных галактик скоплений южного неба на спектрографе RSS 11-метрового телескопа SALT Южно-Африканской астрономической обсерватории. Проводился анализ крупных выборок галактик с использованием баз астрономических данных, открытых в интернете. На основе выборки кольцевых структур на 4 мкм из каталога ARRAKIS, по ультрафиолетовым изображениям телескопа GALEX у примерно половины внешних звездных колец S0-галактик и у практически 100% внешних звездных колец Sb-галактик было обнаружено звездообразование за пределами основных звездных дисков. По результатам оригинальной обработки данных панорамной спектроскопии со спектрографа SAURON для полной выборки близких линзовидных галактик из обзора ATLAS-3D были построены карты вращения газа и звезд, а также карты Ликских индексов H-beta, Mgb и Fe5270, использовавшиеся для оценки среднего возраста, металличности и отношения магния к железу звездного населения. Статистика кинематических свойств газа свидетельствует, что сильно наклоненные к основной плоскости галактического диска внутренние газовые диски присутствуют примерно в 10% всех линзовидных галактик, что на порядок превышает частоту встречаемости внешних полярных колец. Возраста звездных ядер линзовидных галактик показывают явную бимодальность: большинство из них имеет возраст 2-5 млрд лет, в то время как остальные ядра старше 10 млрд лет. Проведены наблюдения и анализ фотометрических данных галактик, видимых с ребра. Для выборки галактик с наиболее точными полученными значениями параметров построены двумерные и трехмерные зависимости Талли-Фишера. Подтверждено существование тесной зависимости между содержанием газа в галактике и его кинематическими характеристиками. В рамках теоретических газодинамических расчетов построены численные модели радиального дрейфа гигантских молекулярных облаков (ГМО) в галактике М 33 за счет динамического трения при взаимодействии облаков со звездами балджа. Модель объясняет отсутствие связи наблюдаемых ГМО с газовыми спиралями (волокнами) в пределах радиуса 2 кпк в М 33, в то время как на больших расстояниях эта связь очень тесная. При этом ГМО должны представлять собой гравитационно устойчивые долгоживущие образования. В рамках работы по уточнению шкалы расстояний и структуры нашей Галактики, на телескопах Южно-Африканской обсерватории (SAAO) получено более 32000 ПЗС-фреймов в полосах BVI для 232 цефеид и лирид Галактики. На телескопе Цейсс-1000 Симеизского отделения КРАО (Крым) с корреляционным спектрографом типа CORAVEL конструкции А.А. Токовинина получено около 250 высокоточных измерений лучевых скоростей 80 цефеид северного неба. Для 14 цефеид Галактики впервые были рассчитаны радиусы и светимости по фотометрии в трех полосах BVI с использованием нового варианта метода Бааде-Беккера-Весселинка, построена зависимость период – радиус. Найдены 12 вероятных членов скоплений и ассоциаций среди выборок цефеид Галактики ОКПЗ, Бердникова и ASAS. Показано, что пространственное распределение и особенности кинематики выборки из 300 локальных цефеид неплохо согласуются с моделью кольцевой структуры нашей Галактики, развиваемой Мельник и Раутиайненом (2010-2013). По цефеидам оценена величина позиционного угла бара Галактики по отношению к направлению от нас на центр Галактики; он составляет 37 +/- 13 градусов. С использованием данных по расстояниям и кинематике 120 мазерных источников построена новая кривая вращения диска Галактики в интервале расстояний до 16 кпк от центра Галактики, причем без использования аналитической (обычно полиномиальной) параметризации. Разработана новая методика вычисления кривой вращения и остальных кинематических параметров, развивающая применение метода максимального правдоподобия (Заболотских и др., 2002) для нелокальных задач кинематики. Большие пространственные размеры выборки уже не позволяют считать форму и размер эллипсоидов остаточных скоростей постоянным во всем объеме. Предложен алгоритм, в рамках которого отношение двух горизонтальных осей эллипсоида скоростей определяется текущими величинами угловой скорости и ее производной (в соответствии с теоремой Линдблада), а размер осей экспоненциально убывает с галактоцентрическим расстоянием.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Структура, динамика и эволюция дисковых галактик-2
Результаты этапа: В течение 2015 года были получены спектральные данные с длинной щелью на спектрографах SCORPIO-2 и SCORPIO-1 6-метрового телескопа САО РАН по следующим программам наблюдений, сформулированным в рамках нашего проекта: линзовидные галактики с внешними кольцами (9 объектов), линзовидные галактики из обзора CALIFA (9 объектов), толстые диски галактик, ориентированных с ребра (7 объектов), дисковые галактики с подозрением на аномальное отношение массы к светимости (1 объект), галактики с аномально низкой металличностью в войдах (1 объект). Проанализированы свойства звездного населения толстого диска в трех галактиках из выборки S0 с ребра. Оказалось, что параметры толстого диска значимо отличаются от параметров тонкого (экваториального) диска в 2 галактиках из 3. История формирования толстого диска, по-видимому, существенно зависит от окружения галактики. С помощью спектральных наблюдений с длинной щелью на 6-метровом телескопе САО РАН 13 линзовидных галактик, включенных в первые два релиза обзора CALIFA, откалибрована система Ликских индексов H-beta, Mgb, Fe5270 и Fe5335 для данных этого обзора, полученных со спектральным разрешением 500. Разброс точек вокруг линейных зависимостей, связывающих инструментальный индексы с откалиброванными в стандартную Ликскую систему, не превышает 0.2 А, что не хуже обычных калибровок по стандартным ярким звездам-гигантам. Анализ кинематики нейтрального газа в галактике NGC 4068 выявил следы приливного взаимодействия, возможно, недавнего малого мержинга. Получено свидетельство инициации нового эпизода звездообразования предыдущей вспышкой, имевшей место в южной части галактики. Оценка металличности газа большой части областей HII по спектрам с 6-метрового телескопа САО РАН показала наличие значительных вариаций химического состава от области к области. Проведен анализ структуры и кинематики газа в областях инициированного звездообразования в близкой карликовой галактике Holmberg II. Выдвинуто предположение, что причиной локализации всех ярких областей звездообразования на одном краю самой большой сверхоболочки HI является ее столкновение с двумя соседними оболочками, что привело к инициированию звездообразования в месте контакта. Показано, что протяженные ионизованные туманности представляют не цепочки отдельных ярких HII областей, как считалось ранее, а единый комплекс инициированного звездообразования, размером в несколько сотен парсек. Впервые обнаружена слабая внутренняя оболочка ионизованного газа внутри гигантской сверхоболочки HI размером 1.5 кпк, вероятно, являющаяся результатом "убегания" ионизующих УФ-квантов из ярких комплексов HII. На Южном Африканском Большом Телескопе (SALT) продолжались наблюдения по нескольким программам, сформулированным в рамках нашего проекта: были получены спектральные данные с длинной щелью для 15 линзовидных галактик южных скоплений, а также для 7 галактик с утолщениями на концах баров, для выяснения особенностей звездного населения в них. В утолщениях на концах баров обнаружена систематически повышенная металличность звездного населения – вероятное свидетельство локальных вспышек звездообразования. В 6 линзовидных галактиках с кольцами звездообразования анализ кинематики ионизованного газа показывает большое разнообразие в ориентации газового кольца: оно может как лежать в плоскости галактики и повторять вращение звезд (половина всех исследованных галактик), так и противовращаться (1 случай) или быть существенно наклоненным к плоскости галактического звездного диска (2 случая). Но что самое удивительное - при типичной низкой металличности звездных дисков S0-галактик, [Z/H]<-0.4, содержание кислорода в газе, участвующем в звездообразовании в кольцах, всегда солнечное. На 10-м телескопе SALT также изучена кольцевая галактика ESO 474-G040, не имеющая ядра. Анализ данных оптической спектроскопии, фотометрии и интерферометрии ионизованного газа со сканирующим интерферометром Фабри-Перо, позволил сделать вывод о том, что уникальная структура галактики возникла в результате недавнего взаимодействия дисковой галактики с компаньоном: сперва сформировалось газовое кольцо, в котором, под воздействием особой неустойчивости (bead instability), началось звездообразование. Опубликовано в MNRAS. Продолжались исследования галактик методами Виртуальной Обсерватории. Были открыты 195 новых компактных эллиптических галактик (при 30 известных на начало 2015 года), 11 из которых оказались изолированными. Анализ каустических кривых для двух десятков скоплений и групп позволил нам установить, что компактные эллиптические галактики не являются популяцией, которая впервые падает на скопления галактик (infalling population). В то же время, мы обнаружили несколько галактик в состоянии, близком к порогу гравитационного связывания со скоплениями, в которых они находились. Это позволило нам сделать вывод о том, что эти галактики испытали тройные сближения в центрах скоплений и оказались практически выброшенными из них. Таким образом, мы смогли объяснить происхождение изолированных компактных эллиптических галактик как крупных галактик, испытавших приливное обдирание и потерявших значительную долю звезд в центрах скоплений и групп, а затем выброшенных за их пределы в результате тройных сближений. Этот результат был опубликован в журнале Science. Была построена фундаментальная плоскость для 150 галактик ранних типов на средних красных смещениях. Более половины из 150 галактик оказались удовлетворяющими критериям компактности, что однозначно указало на эффекты селекции в обзоре SDSS, поощряющие преимущественное наблюдение компактных объектов на красных смещениях z>0.2. Нами было показано, что на средних красных смещениях (0.2<z<0.8) компактные галактики ранних типов формируют непрерывное распределение на фундаментальной плоскости с нормальными эллиптическими галактиками, что указало на отсутствие особенного механизма формирования и эволюции подобных галактик. На телескопе Цейсс-1000 Симеизской обсерватории (Крым) с корреляционным спектрографом системы CORAVEL получено около 900 новых измерений лучевых скоростей цефеид северного неба и компонентов двойных и кратных звезд с характерной точностью лучше 1 км/с. С помощью нового метода выделения протяженных структур по наиболее полной выборке цефеид с надежными расстояниями в широкой солнечной окрестности уточнены положение и геометрия фрагментов спиральных рукавов Персея и Киля-Стрельца, а также Внешнего и Внутреннего спиральных рукавов. Они описываются единым углом закрутки порядка 10 градусов. По смещению цефеидных рукавов относительно более молодых объектов – мазеров – оценена угловая скорость вращения спирального узора, составляющая около 25 км/с/кпк. Проведен предварительный поиск цефеид – возможных членов молодых звездных группировок. В основе исследования лежит выборка, содержащая более 600 объектов. По совокупности критериев – соответствию положений, расстояний, периодов цефеид параметрам ближайших к ним скоплений, в частности, расстоянию и возрасту, а также положению цефеиды на диаграмме Герцшпрунга-Рессела, найдено около 20 новых случаев возможной генетической связи цефеид с молодыми скоплениями. Пока проанализирована четверть всего списка цефеид. Эти цефеиды являются наилучшими кандидатами для уточнения зависимости период – светимость и, как следствие, универсальной шкалы расстояний. Попутно открыто несколько ранее не известных бедных звездных скоплений. По выборке Лирид, включающей около 7500 звезд, методом максимального правдоподобия исследована зависимость параметров эллипсоида скоростей от галактоцентрического расстояния в интервале R от 3 до 15 кпк. Использованы собственные движения из каталогов UCAC4 и SDSS, данные оптической фотометрии из обзора CATALINA и ИК-фотометрии из каталога WISE. Установлено сильное уменьшение радиального компонента тензора дисперсии скоростей с 200 км/с в центральной области Галактики до 100 км/с на расстоянии 15 кпк и прослежено систематическое изменение анизотропии распределения скоростей. Проведено сравнение распределения и кинематики молодых рассеянных скоплений с моделью двухкомпонентного кольца R1R2, связанного с баром в нашей Галактике. Наилучшее согласие между распределением скоплений и моделью наблюдается при позиционном угле Солнца относительно большой оси бара, равном 35 градусов (+/- 10 градусов). Молодые скопления с отрицательной галактоцентрической скоростью (V_R < 0) ложатся на модельный фрагмент лидирующей спирали и демонстрируют изменение остаточной азимутальной скости в направлении галактического вращения, что указывает на положение Солнца вблизи нисходящего сегмента кольца R2.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Структура, динамика и эволюция дисковых галактик-3
Результаты этапа:

Статьи по НИР

Доклады на конференциях по НИР