Исследование механизмов эволюции галактик в локальной Вселенной и на средних красных смещенияхНИР

Источник финансирования НИР

грант Президента РФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование механизмов эволюции галактик в локальной Вселенной и на средних красных смещениях - 1 год
Результаты этапа: Финансирование по гранту началось в апреле 2015 года. За прошедшие 8 месяцев руководитель и участники гранты провели научные исследования по ряду заявленных в гранте направлений. Нами были подготовлены 4 статьи в ведущие высокоимпактные зарубежные научные журналы. По состоянию на ноябрь 2015, две статьи находятся в печати, две статьи прошли первую стадию рецензирования и отправлены в печать в доработанном варианте (вероятно будут приняты к печати в декабре). 4 из 5 статей уже доступны на сервере препринтов arxiv.org. Для совместной работы с зарубежными коллегами участниками проекта были совершены несколько рабочих поездок в США и Францию. Также, мы проводили наблюдения на крупных зарубежных телескопах в Чили и США (Аризона). Полный список статей, выполненных по тематике гранта в 2015 году: (1) Zasov, A.; Saburova, A.; Abramova, O. "On the effective oxygen yield in the disks of spiral galaxies", Astronomical Journal in press, arXiv:1510.08924 (2) Ivan Zolotukhin, Natalie A. Webb, Olivier Godet, Matteo Bachetti, Didier Barret, "A search for hyperluminous X-ray sources in the XMM-Newton source catalog", Astrophysical Journal in press, arXiv:1511.06765 (3) Andrei Klishin, Igor Chilingarian, " Explaining the stellar initial mass function with the theory of spatial networks", submitted to Astrophysical Journal, arXiv:1511.05200 (4) Anastasia Kasparova, Ivan Katkov, Igor Chilingarian, Olga Sil'chenko, Aleksey Moiseev, Svyatoslav Borisov, "The Diversity of Thick Galactic Discs", submitted to the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (5) Nikolay Podorvanyuk, Igor Chilingarian, Ivan Katkov, "Stellar atmosphere interpolator for empirical and synthetic spectra", ASP Conference Series, proceedings of the international conference Astronomical Data Analysis Software and Systems - XXV held in Sydney, Australia on Oct/25-29; arXiv:1511.07190 Участники гранта представили 3 устных и 1 приглашенный доклады на международных конференциях. Помимо этого, участниками проекта были сделаны развернутые доклады на научных семинарах и коллоквиумах в Гарвард-Смитсонианском Астрофизическом Центре (США), Европейской Южной Обсерватории (Чили), Свинбурнском Технологическом Университете (Австралия). По направлению создания библиотеки спектров звезд был достигнут следующий прогресс: (а) завершена процедура перекалибровки оптической библиотеки спектров INDO-US, статья находится в финальной стадии подготовки; (б) разработана методика интерполяции звездных спектров в многомерном пространстве, которая была представлена Н.Подорванюком на международных конференциях по исследованию IMF в США и ADASS-2015 в Австралии, краткое описание методики опубликовано в трудах конференции ADASS; (в) проведены наблюдения на 6.5-метровом телескопе Магеллан-Бааде (Чили) с помощью инфракрасного спектрографа FIRE в сентябре 2015 года И.Чилингаряном и С.Борисовым, написаны заявки на дальнейшие наблюдения, по результатам которых на первую половину 2016-го года нам выделено 3 полных ночи на том же 6.5-метровом телескопе. По направлению исследования начальной функции масс студентом Массачуссетского Технологического Института А.Клишиным и И.Чилингаряном была разработана новая теория, объясняющая наклон степенного хвоста IMF исходя из базовых физических принципов и с использованием современного аппарата статистической физики и теории случайных сетей. Статья сдана в печать в Astrophysical Journals, работа была представлена на международной конференции по исследованию IMF в Балтиморе и нескольких научных семинарах в США, Чили, Франции и Австралии. По направлению поиска и исследования свойств компактных звездных систем после публикации статьи в Science (Chilingarian and Zolotukhin, 2015) нами были получены наблюдательные данные в превосходных атмосферных условиях на 6.5-метровом телескопе Магеллан для 10 компактных эллиптических галактик, которые позволили измерить их размеры и, таким образом, оценить динамические массы. Эта выборка была дополнена еще десятком объектов из архива данных космического телескопа им.Хаббла. Один из студентов (А.Афанасьев), участвующих в проекте, провел анализ наблюдательных данных, который показал, что (а) эти объекты не содержат значительных количеств темной материи и (б) начальная функция масс звезд в них близка к функции масс Крупы (Kroupa IMF), что существенно отличается от измерений в гигантских галактиках. Статья по этому направлению находится в финальной стадии подготовки и будет отправлена в печать в MNRAS в январе 2016 года. Еще одним результатом работы по данному направлению стала публикация в Astrophysical Journal работы, посвященной поиску черных дыр средних масс (Zolotukhin et al.) с использованием методов Виртуальной Обсерватории -- эти объекты могут выбрасываться вместе с небольшими компактными звездными скоплениями из центров карликовых галактик в процессе слияния таких галактик с более крупными системами, и само их существование до сих пор остается под вопросом. По теме исследования эффективного выхода кислорода в дисках спиральных галактик была опубликована работа в Astronomical Journal (Zasov, Saburova, Abramova). В работе был сделан вывод о том, что чем больше масса гало, а также полная масса галактики, тем сильнее эффективный выход кислорода отклоняется от реальных значений, что может указывать на сильную роль аккреции бедного металлами газа в галактиках с большой массой гало. Кроме того в этой работе был сделан вывод о наличии слабого тренда в сторону уменьшения массовой доли темного гало по отношению к массе звезд для галактик с наиболее плоским радиальным профилем содержания кислорода. Таким образом, галактики с наиболее сильным радиальным градиентом содержания кислорода, обладают наиболее массивными темными гало по сравнению с массой звезд. Возможное объяснение этой зависимости заключается в более эффективном радиальном перемешивании газа в галактиках с наиболее низкой массовой долей темного гало в результате сильного гравитационного взаимодействия, которое они могли испытать в прошлом. Что согласуется с результатами космологического моделирования, согласно которым взаимодействия могут приводить к частичному разрушению темных гало. Было уделено особое внимание обучению студентов, участвующих в проекте, современным методам анализа и интерпретации данных, а также наблюдений на крупных телескопах. Все трое студентов участвовали в 10-дневном рабочем совещании во Франции в начале сентября 2015 года совместно со старшими коллегами а также нашими коллабораторами из Парижской обсерватории (Франция), где ими были освоены методы поверхностной фотометрии галактик и синтеза звездных населений по спектральным данным в приложении к реальным научным проектам. В результате, каждый из студентов будет соавтором одной или более научных работ, которые либо уже отправлены в печать, либо будут отправлены в первой половине 2016 года. Для обучения студентов наблюдательным методам были организованы поездки всех трех студентов в крупные обсерватории в сопровождении более старших коллег: (а) Святослав Борисов участвовал в наблюдениях на 6.5-метровом телескопе Магеллан обсерватории Лас Кампанас в Чили в сентябре 2015 года по программе создания библиотеки спектров звезд в инфракрасном диапазоне; (б) Евгений Рубцов участвовал в наблюдениях на 6-метровом телескопе БТА САО РАН на Северном Кавказе в сентябре 2015 по программе исследования свойств и начальных функций масс толстых звездных дисков в галактиках, видимых с ребра; (в) Антон Афанасьев и Евгений Рубцов будут участвовать в наблюдениях на 6.5-метровом телескопе MMT в Аризоне, США, во второй половине декабря 2015 года по программе исследования эллиптических и линзовидных галактик на красном смещении 1.2-1.4 в ближнем инфракрасном диапазоне. Стоит отметить, что наша научная группа сейчас единственная в России, у которой есть постоянный доступ к крупным зарубежным телескопам, и где студенты получают реальный опыт наблюдений на подобных инструментах.
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование механизмов эволюции галактик в локальной Вселенной и на средних красных смещениях - 2 год
Результаты этапа: В 2016-м году участниками проекта были проведены исследования в нескольких направлениях наблюдательной внегалактической астрономии. Были проведены наблюдения на 6.5-м телескопе Магеллан (Лас Кампанас, Чили) по программе библиотеки инфракрасных звездных спектров (около 350 звезд), разработана система обработки ИК данных FIRE data reduction pipeline. Были проведены наблюдения на 6.5-м телескопе ММТ (Маунт Хопкинс, США) по программе поиска и исследования далеких галактик, обнаружен кандидат на красном смещении z=7.9. Все студенты, работающие в проекте, получили личный опыт проведения наблюдений на крупнейших телескопах мира (Магеллан и ММТ) и современном инфракрасном оборудовании, не имеющем аналогов в России. Параллельно, участниками коллектива ведутся две программы по исследованию вертикальной структуры галактик (на БТА и SALT), получены уникальные данные по звездным населениям толстых дисков. По результатам нашей деятельности были опубликованы 9 статей в высокорейтинговых рецензируемых журналах (Astrophysical Journal, MNRAS, Astronomy and Astrophysics, IF>5), еще 2 статьи были сданы в печать в ApJ, получили положительные отзывы рецензентов и находятся в процессе доработки. За год участники коллектива представили на российских и международных конференциях 9 докладов, в том числе 6 устных. Всего за 2 неполных года по проекту было опубликовано и сдано в печать в престижные реферируемые журналы 12 статей + 1 статья была опубликована в трудах конференции. Были сформулированы критерии поиска черных дыр средних масс с использованием каталога рентгеновских источников космического телескопа XMM-Newton и была опубликована работа с первыми результатами, которая также вошла в докторскую диссертацию И.Золотухина (Zolotukhin et al., Astrophysical Journal, 2016, 817, 88: "A Search for Hyperluminous X-Ray Sources in the XMM-Newton Source Catalog"). Начата наблюдательная программа по получению оптических спектров отобранных кандидатов на крупных телескопах (5-м Паломар, 6-м БТА, 6.5-м Магеллан, 10-м Кек). Подтверждение хотя бы одного из кандидатов станет первым случаем, когда среднемассивная черная дыра найдена с использованием статистических методов поиска, а не случайно. Подтверждение нескольких кандидатов позволит пересмотреть текущие сценарии формирования сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Используя архивные данные рентгеновского спутника XMM-Newton, был открыт самый медленно вращающийся рентгеновкий пульсар в шаровом скоплении B091D в галактике М31 (Туманность Андромеды). Работа отправлена в печать (I.Zolotukhin, M.Bachetti, N.Sartore, I.Chilingarian, N.Webb; Astrophysical Journal: "The slowest spinning X-ray pulsar in an extragalactic globular cluster", препринт: arXiv:1602.05191). В данной работе использованы последние достижения из эволюции тесных двойных систем, моделирования звездных населений и динамики шаровых скоплений, что позволило сделать детальную интерпретацию свойств этого уникального объекта, находящегося в другой галактике, и предложить сценарий его формирования. Также для этой работы была разработана аналитическая методика, позволяющая искать пульсирующий сигнал в данных с очень низкой скважностью, что является высоко востребованным подходом для поиска внегалактических рентгеновских пульсаров. Используя фотометрические данные, полученные с помощью Космического телескопа им.Хаббла и 8-метрового телескопа Субару (Мауна-Кеа, Гавайи, США), были отобраны кандидаты в далекие галактики в поле скопления галактик MACS0717 (N.Laporte,... I.Chilingarian et al., Astrophysical Journal, 2016, 820, 98: "Young Galaxy Candidates in the Hubble Frontier Fields. III. MACS J0717.5+3745"). По результатам работы была подготовлена программа спектральных наблюдений в ближнем ИК диапазоне на 6.5-м телескопе ММТ (наблюдения запланировны на декабрь 2016 года). Подтверждение галактик на красных смещениях z>7 позволит лучше понять процессы звездообразования и формирования галактик в ранней Вселенной и в целом построить стройную картину эволюции Вселенной до эпохи реионизации. Была принята к печати и опубликована законченная в 2015-м году теоретическая работа, объясняющая форму начальной функции масс звезд из соображений теории случайных сетей (A.Klishin & I.Chilingarian, Astrophysical Journal, 2016, 824, 17: "Explaining the Stellar Initial Mass Function with the Theory of Spatial Networks"). Разработанная теория начальной функции масс является первым применением современных методов статистической физики и теории случайных сетей в астрофизике, что по сути является новым направлением науки. Развитие данной методики может применяться для решения задач в области теоретической космологии, что потенциально может привести к прорыву в этой области знания. Были получены карты квадратичной невязки для параметров темного гало для выборки массивных спиральных галактик с кривыми вращения высокого разрешения как при фиксированной плотности видимого вещества, так и при рассмотрении ее в качестве свободного параметра. Эти карты позволили сделать вывод о высокой степени неопределенности центральной плотности и радиальной шкалы гало, а также о зависимости этих параметров от разрешения и протяженности входных данных. Масса темного гало в пределах оптического радиуса определяется значительно точнее и мало зависит от качества входных данных, это связано с вырождением плотности и шкалы гало вдоль линии равной массы гало. Результаты этой работы опубликованы в реферируемом журнале Saburova, Kasparova, Katkov, MNRAS, 2016, 463, 2523: "The insight into the dark side - I. The pitfalls of the dark halo parameters estimation", а также доложены на двух международных (“Discs in Galaxies”; «the 11th Great Lakes Cosmology Workshop») и одной российской (Актуальные проблемы внегалактической астрономии XXXIII) конференциях. По результатам глубоких спектральных наблюдений на 6-м телескопе и фотометрической декомпозиции публично доступных данных для галактики NGC 448, обладающей противовращающимся звездным диском, мы показали, что: (а) противовращающийся звездный компонент дает 30% вклад в светимость галактики и обладает массой 9 миллиардов масс Солнца; (б) оба диска обладают старым звездным населением, при этому вторичный проявляет небольшой отрицательный градиент возраста, что свидетельствует об «inside-out» сценарии формирования диска на протяжении 3-4 млрд.лет; (в) наиболее вероятным сценарием формирования противовращающегося компонента является событие слияние со спутником с последующей аккрецией вещества на галактику. По результатам была опубликована статья: Katkov, Silchenko, Chilingarian et al., MNRAS, 461, 2068: "Stellar counter-rotation in lenticular galaxy NGC 448". Мы впервые показали состоятельность разработанной нами методики путем сравнения с результатами фотометрической декомпозиции, которое показало впечатляющее согласие двух абсолютно независимых подходов. В конце апреля 2015 г. на 6-м телескопе БТА САО РАН получены спектры толстых дисков для трех галактик, видимых с ребра (NGC4710, NGC4111 и NGC5422) и для NGC4710 дополнительно - спектр тонкого диска. В совокупности со спектрами тонких дисков NGC4111 и NGC5422, полученными ранее на БТА по другим программам, у нас появилась возможность сравнивать свойства звездных населений толстой и тонкой дисковых компонент исследуемых галактик. Результаты дают возможность дискутировать на очень актуальную сейчас тему образования толстых дисков в галактиках. В 2016 году была опубликована первая статья по этой теме (Kasparova, Katkov, Chilingarian et al., MNRAS Letters, 460, L89, 2016: "The diversity of thick galactic discs"). Были проанализированы и интерпретированы длиннощелевые спектральные данные, полученные для периферийных областей взаимодействующих галактик Arp194 и NGC4656 на БТА САО РАН. Система Arp194 необычна тем, что обладает перемычкой между взаимодействующими галактиками, в которой наблюдаются отдельные области звездообразования. Согласно полученным результатам, газ в этой перемычке лишь частично перемешан. Сопоставление динамической массы одного из островков звездообразования в перемычке с фотометрической оценкой свидетельствует о том, что он практически лишен темной материи. Данный объект может представлять из себя короткоживущую приливную карликовую галактику. По результатам этой работы опубликована статья Zasov, Saburova, Egorov, Afnasiev; MNRAS, 2016, 462, p.3419: "Tidal bridge and tidal dwarf candidates in the interacting system Arp194", а также сделан доклад на международной конференции Multi-spin Galaxies 2016. Одним из важнейших результатов стало завершение работы над каталогом распределений энергии в спектрах 900000 галактик в ультрафиолетовом, оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра на красных смещениях от 0 до 0.6. Статья, описывающая каталог, отправлена в Astrophysical Journal Supplement (Chilingarian, Zolotukhin, Katkov, Melchior, Rubtsov, Grishin, ApJL, 2016: "RCSED -- A Value-Added Reference Catalog of Spectral Energy Distributions of 800,299 Galaxies in 11 Ultraviolet, Optical, and Near-Infrared Bands: Morphologies, Colors, Ionized Gas and Stellar Populations Properties"), успешно прошла первый этап рецензирования и будет опубликована в начале 2017 года. Еще до публикации статьи, наш каталог стал основой для нескольких научных исследований с участием грантозаявителя, опубликованных в 2016 году. В работе Saulder, van Kampen, Chilingarian et al.; Astronomy and Astrophysics, 596, A14, 2016: "The matter distribution in the local Universe as derived from galaxy groups in SDSS DR12 and 2MRS" была проведена кропотливая работа по учету систематических эффектов, связанных с неполнотой каталогов галактик (RCSED и 2MRS) и составлена карта распределения массы в локальной Вселенной (до расстояния, соответствующего красному смещению z=0.1). Также каталог RCSED позволил открыть выборку компактных массивных галактик с недавно прекратившимся звездообразованием (E+A галактики) на средних красных смещениях и показать, что они являются прекурсорами по крайней мере части массивных компактных галактик. Результаты были опубликованы в статье Zahid, ... Chilingarian, et al. ApJ, 831, 146: "Compact E+A Galaxies as a Progenitor of Massive Compact Quiescent Galaxies at 0.2

Статьи по НИР

Доклады на конференциях по НИР

Диссертации по НИР