Базовые свойства галактик Местного Объема

Кайсина, Елена Ивановна

Базовые свойства галактик Местного Объема тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Кайсина, Елена Ивановна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Нижний Архыз МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

01.03.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по астрономии на тему «Базовые свойства галактик Местного Объема»

Автореферат диссертации на тему "Базовые свойства галактик Местного Объема"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

КАЙСИНА Елена Ивановна

БАЗОВЫЕ СВОЙСТВА ГАЛАКТИК МЕСТНОГО ОБЪЕМА

(01.03.02 - Астрофизика и звездная астрономия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

На правах рукописи УДК 524.7;524.72-4

Нижний Архыз - 2014

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Специальной Астрофизической Обсерватории Российской Академии

Наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор, главный научный сотрудник лаборатории внегалактической астрофизики и космологии CAO РАН

Караченцев Игорь Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, главный научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звёзд Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ Ефремов Юрий Николаевич г. Москва

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела физики звездных систем Института астрономии РАН Торгашин Юрий Михайлович г. Москва

Ведущая организация: Южный федеральный университет г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 17 апреля 2014 г. в 1022 часов на открытом заседании Диссертационного совета Д 002.203.01 при Специальной Астрофизической Обсерватории РАН по адресу: 369167, КЧР, Зеленчукский район, пос. Нижний Архыз.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке CAO РАН.

Автореферат разослан "/6" ф€ЬрСи.и( 2014 г. Ученый секретарь

Диссертационного совета ^у. у

кандидат физ.-мат. наук _С-----Шолухова О.Н.

Общая характеристика работы Актуальность

Изучение галактик в Местном объеме, ограниченном расстоянием D = 10 Мпк, играет особую роль в современной наблюдательной космологии. Только близкие галактики могут быть детально исследованы, что трудно выполнимо на больших расстояниях. В близких галактиках видны индивидуальные звезды, что позволяет детально изучать историю звездообразования и использовать высокоточные методы для определения расстояний; именно в нашей близкой окрестности доступны для детальных наблюдений карликовые галактики, которые составляют основную долю среди звездных систем. Как неоднократно отмечалось Peebles (1993), Peebles et al (2001), Peebles & Nusser (2010), исследование репрезентативной выборки самых близких галактик является источником важных сведений о формировании и эволюции крупномасштабной структуры Вселенной.

За последние 20 лет различными наблюдательными группами предпринято множество усилий по обнаружению близких галактик и систематизации их характеристик. Первый шаг к созданию такой выборки был сделан в 1979 году (Kraan-Korteweg & Tammann 1979), этот список содержит 179 галактик в пределах 10 Мпк. В 1994 Караченцевым (Karachentsev 1994) выборка была расширена до 226 объектов, в 1999 г — до 303 объектов (Karachentsev, Makarov & Huchtmeier 1999а). В 2004 году был опубликован Каталог ближайших галактик — Catalog of Neighboring Galaxies (CNG) (Karachentsev et al. 2004), который содержит 451 объект.

С момента создания первой выборки обнаружился ряд обстоятельств, влияющих на критерии отбора галактик в Местный объем. Прежде всего, необходимо использовать современное значение параметра Хаббла #0=73 км/с-Мпк (Spergel et al. 2007). На местное поле лучевых скоростей оказывают влияние вириальные движения у членов близких групп, а также

наличие близкого богатого скопления Virgo и обширного Местного войда (Tully 1988). Согласно некоторым представлениям значительными коллективными движениями могут обладать филаменты и стенки крупномасштабной структуры. По этим причинам лучевая скорость предполагаемой близкой галактики может не быть достаточно надежным индикатором ее расстояния. Следовательно, определение расстояний галактик, независимо от их скорости, остается весьма актуальной и сложной задачей. Учитывая все это, в качестве условий отбора галактик в Местный объем были приняты ограничения по их лучевой скорости VLG < 600 км/с или по индивидуально измеренному расстоянию D < 11.0 Мпк.

Некоторым образом, степень полноты выборки возможно оценить, проанализировав распределение галактик по абсолютной ^-величине, линейному диаметру А2в и ширине линии W50 в зависимости от расстояния и распределения средних поверхностных яркостей галактик Местного объема на разных расстояниях. Детальную оценку полноты выборки провести достаточно сложно в силу влияния многих факторов.

Таким образом, начиная со времени публикации списка 226 галактик, имеющих радиальные скорости меньшие чем 500 км/с (Karachentsev 1994), количество кандидатов в члены Местного объема с расстояниями D < 11 Мпк достигло N=869 и продолжает увеличиваться благодаря современным обзорам. Обновленный список галактик Местного объема был представлен в "Updated Nearby Galaxy Catalog" = UNGC (Karachentsev et al. 2013).

Необходимость создания базы данных о галактиках Местного объема, которая содержала бы многочисленную информацию о галактиках, расположенных в пределах 11 Мпк, становилась все более очевидной. Такая база, как совокупность структурированных и взаимосвязанных данных и методов, призвана обеспечить систематизацию, организационное пополнение данных и информационную полноту. С использованием функциональных возможностей базы данных и языкй запросов, становится реальным

построение запросов к базе данных для создания различного рода подвыборок, дальнейшее проведение исследований и анализ разнообразных распределений и зависимостей локальных и глобальных параметров объектов.

Цели и задачи исследования

Цели диссертационной работы:

1. Разработка структуры и создание базы данных галактик Местного объема, с учетом дальнейшего расширения и пополнения данных и доступа к данным через Web-интерфейс.

2. Обновление каталога ближайших галактик, включая расширение спектра наблюдательных данных и вычисляемых параметров.

3. Определение и исследование интегральных параметров, характеризующих свойства галактик в Местном Объеме.

4. Изучение особенностей звездообразования в галактиках выборки по На- и FUV-потокам.

5. Исследование свойств карликовых галактик вокруг близких массивных галактик.

Научная новизна

В настоящей работе впервые была создана база данных галактик Местного объема, включающая в себя 869 галактик северного и южного неба с оценками расстояния £><11 Мрс или с лучевыми скоростями относительно центроида Местной группы VLG < 600 км/с.

Опубликован каталог "Updated Nearby Galaxy Catalog" = UNGC, который представляет собой . уникальную систематизированную сводку наблюдательных данных о расстояниях, лучевых скоростях, звездных величинах, потоках в линиях На, HI и ультрафиолетовых потоках галактик Местного объема.

Для более полного описания морфологии карликовых галактик предложена двухпараметрическая схема, которая учитывает как поверхностную яркость карликовой системы, так и ее цвет или наличие эмиссии. Новая классификация позволяет более точно отразить структуру галактик со светимостями слабее, чем у LMC (Large Magellanic Cloud).

По измерениям На- и FUV-потоков обнаружено, что у 99% галактик Местного объема любых морфологических типов имеет место верхний предел удельного темпа звездообразования ]og(SFR/ LK) = -9.4 [год"1], который является важной характеристикой процесса преобразования газа в звезды в современную эпоху.

Впервые обнаружен очаг звездообразования у карликовой сфероидальной галактики DDO 44 со старым звездным населением.

Сформированы и исследованы ассоциации карликовых галактик, находящихся в зоне гравитационного влияния вокруг массивных близких галактик. Для характеристики совокупности физических групп галактик Местного объема предложен новый параметр - аналог индекса Хирша. Его значение hg=9 показывает, что в Местном объеме имеется 9 групп с количеством спутников не менее 9.

Научная и практическая ценность работы

1. Впервые создана и поддерживается систематизированная и общедоступная база данных галактик Местного Объема — LVG. Количество посещений Web - страницы LVG с момента опубликования работы со ссылкой (20.03.2013) составляет более 27 ООО.

2. Создана обновленная и дополненная выборка галактик Местного объема с расстояниями D < 11 Мпк, количество объектов которой превышает 800.

3. В Местном объёме, где относительное число карликовых галактик

составляет около 75%, прослежены зависимости между параметрами галактик: размером, амплитудой вращения, массой, светимостью, поверхностной яркостью, количеством водорода, морфологией и плотностью окружения в рекордно широком диапазоне их значений. Такие исследования, с упором на карликовые системы, позволяют лучше понять эволюцию как карликовых, так и нормальных галактик.

4. Определены темпы звездообразования галактик по их На- и ШУ-потокам. Показано, что у большинства карликовых и спиральных галактик типов Ба-Бт преобразование газа в звезды происходит с приблизительно постоянным темпом, который определяется в основном внутренними процессами, а не внешним воздействием. Популяция Е, БО и сйрЬ галактик имеет очень малые современные темпы звездообразования, которые на 2 - 3 порядка ниже средних в прошлом. Установлено, что у большинства галактик Местного объема удельный темп звездообразования не превышает верхнего предела \ogiSFR/Ьк) = -9.4 [год"1].

5. Показано, что Местная группа, состоящая из двух динамически обособленных свит карликовых галактик вокруг Млечного пути и Андромеды (М31), по ряду признаков не является типичной среди близких групп. Это обстоятельство необходимо учитывать при сравнении результатов численного космологического моделирования с наблюдательными данными.

Полученная обновленная выборка галактик Местного объема может быть в дальнейшем использована в качестве эталонной для сравнения с нею других выборок, ограниченных по расстоянию, видимой величине, Н1-потоку или другим параметрам галактик.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Karachentsev I.D., Kaisina E.I., Kaisin S.S., Makarova L.N., Emission sparks around M 81 and in some dwarf spheroidal galaxies, 2011, MNRAS, 415L, 31-34

2. Kaisina E.I., Makarov D.I., Karachentsev, I.D., Kaisin S.S., Observational database for studies of nearby universe, 2012, AstBu, 67,115-122

3. Karachentsev I.D., Makarov D.I., Kaisina E.I., Updated Nearby Galaxy Catalog, 2013, AJ, 145, 101-123

4. Karachentsev I.D. & Kaisina E.I., Star Formation Properties in the Local Volume Galaxies via Ha and Far-ultraviolet Fluxes, 2013, AJ, 146,46-56

5. Karachentsev I.D., Kaisina E.I., Makarov D.I., Suites of dwarfs around nearby giant galaxies, 2014, AJ, 147, 13-21

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Разработка, создание и поддержание в актуальном состоянии общедоступной базы наблюдательных данных галактик Местного объема - LVG (http://www.sao.ru/lv/lvgdb).

2. Создание каталога галактик Местного объема, включающего в себя 869 галактик северного и южного неба с оценками расстояния D < 11 Мрс или с лучевыми скоростями относительно центроида Местной группы VLG < 600 км/с. Каталог является обновленной и расширенной версией Каталога ближайших галактик (Catalog of Neighboring Galaxies (Karachentsev et al. 2004)).

3. Двухпараметрическая схема морфологической классификации карликовых галактик, которая учитывает как поверхностную яркость карликовой системы, так и ее цвет.

4. Обнаружение верхнего предела удельного темпа звездообразования \og(SFRILK) = -9.4 [год"'] для 99% галактик Местного объема.

5. Обнаружение очага звездообразования у карликовой сфероидальной галактики DDO 44 со старым звездным населением.

6. Выделение свит вокруг массивных галактик, состоящих из карликовых спутников. Определение их свойств в зависимости от характеристик главной галактики и ее окружения.

Личный вклад автора

Разработка структуры базы данных галактик Местного объема проводилась совместно с Макаровым Д. И. Создание базы данных и работа с данными в рамках базы данных PostgreSQL проводились автором. Разработка, написание и развертывание интерфейса Web-доступа к базе данных проводились автором. Составление атласа изображений галактик с угловыми диаметрами а < 6 угл. мин. из цифровых обзоров неба в широкополосных фильтрах и фильтре На проводилось автором. Сводка На-потоков, FUV-потоков и других наблюдательных параметров проводилась совместно с соавторами. Обработка спектральных данных, полученных на приборе SCORPIO с длинной щелью, и измерение гелиоцентрических скоростей Vh по линии На проводились автором. Вклад автора в анализ и обсуждение результатов равноправен с другими соавторами.

Апробация результатов

Основные результаты диссертации докладывались на общем семинаре CAO РАН, конкурсе-конференции научных работ CAO РАН в 2012 и в 2013 годах, а также на российских и международных конференциях:

1. VI рабочее совещание-семинар "Информационные системы в фундаментальной науке", CAO РАН, Нижний Архыз, 27-31 июля 2009

2. Международная конференция "Nearby Dwarf Galaxies", NDG-2009, CAO РАН, Нижний Архыз, 14-18 сентября 2009

3. Всероссийская астрономическая конференция «От эпохи Галилея до наших дней» - ВАК-2010, С АО РАН, Нижний Архыз, 12-19 сентября 2010

4. Всероссийская конференция «Галактики привычные и неожиданные», ЮФУ, Ростов-на-Дону, 6-8 мая 2013

5. Всероссийская конференция "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра", НЕА-2013, ИКИ РАН, Москва, 23-26 декабря 2013

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, пяти Глав, Заключения, Списка цитируемой литературы, содержащего 177 наименований, и 2-х Приложений. Общий объем диссертации составляет 221 страницу, в том числе 39 Рисунков и 14 Таблиц. Представленная диссертация является результатом работ, выполненных в течение 2007-2013 гг.

Во Введении приводится обоснование актуальности работы, цели и задачи исследования, научная новизна, научная и практическая значимость диссертащш. Формулируются положения, выносимые на защиту, а также приводится список работ, в которых опубликованы результаты данного исследования. Кратко представлено содержание диссертации.

Первая глава диссертации посвящена созданию базы данных галактик Местного Объема (LVG). Обоснована актуальность создания подобной базы данных, приводятся критерии выбора системы управления базы данных (СУБД) и основные функциональные возможности выбранной СУБД PostgreSQL. Детально описывается структура базы данных LVG. Приводится описание построения модели и диаграммы Entity-Relationship (ER) базы данных методом семантического моделирования. Приведена схема физической ER-модели базы данных LVG и дается ее подробное описание.

Возможности реализованного программного Web-доступа к базе данных и его сервисы описываются здесь же.

Во Второй главе диссертации представлено описание Каталога и Атласа галактик Местного Объема. Проводится краткий исторический обзор создания списка галактик Местного объёма. Определены критерии выбора объектов с учетом ряда обстоятельств, влияющих на них. В выборку Местного объема включались галактики с лучевыми скоростями относительно центроида Местной группы VLC < 600 км/с или же с оценками расстояния D < 11.0 Мпк.

При наполнении Каталога предложена следующая последовательность представления данных: сперва наблюдательные параметры галактик, затем глобальные и эволюционные параметры. Приводится детальное описание характеристик галактики в таблицах, соответствующих данному представлению. Предложена

двухпараметрическая классификация карликовых систем, учитывающая поверхностную яркость галактики: Н - High, N - Normal, L - Low, X - extremely low, и ее цвет (или наличие эмиссии): Ir, Im, BCD - blue, Tr, dSOe, dEe - mixed, и Sph, dE - red. Приводятся результаты статистического анализа распределения близких галактик по оценкам их расстояния, полученным различными методами.

В Третьей главе диссертации исследуются интегральные параметры

галактик Местного Объема.

Рассмотрены соотношения между параметрами {Мв, А26, Vm}. Наиболее четкая зависимость прослеживается между линейным диаметром и абсолютной величиной галактик; в первом приближении галактики следуют прямой линии logA26 ос ~(2/\5)Мв, соответствующей постоянной

объемной светимости в пределах Холмберговской изофоты. Рассмотренные распределения светимости, линейного диаметра и амплитуды внутренних движений галактик по шкале их морфологических типов Т имеют

приблизительно параболический вид с максимумом на типе Т = 4 или БЬс. Распределение карликовых галактик по визуальным градациям поверхностной яркости характеризуются медианными значениями БВ: 22.6 (Н), 24.1 (И), 25.2 (Ь) и 27.5 (X) в единицах [зв.вел./кв.сек.].

Представленное распределение отношения индикативной массы галактик в пределах Холмберговской изофоты к полной светимости в К-полосе показывает тенденцию роста от ранних морфологических типов к поздним. Но, при переходе от спиральных галактик (Бс1, Бт) к иррегулярным (ВСБ, 1т, 1г), наблюдается скачкообразное уменьшение среднего отношения М261Ь примерно в 4 раза. Этот эффект очевидно может быть вызван различием в структуре и кинематике галактик этих типов.

Далее рассмотрены основные Ш свойства галактик Местного объема. В настоящее время около 70% галактик Местного объема детектированы в линии Н1, а для -10% других известны только верхние значения их Н1-потока. Анализ данной выборки демонстрирует известный эффект, что при переходе от нормальных спиральных галактик к карликовым с Ут < 50 км/с среднее отношение МШ!ЬВ возрастает от -0.1 до ~0.7М„Д„. Эта

особенность объясняется тем, что карликовые галактики имеют более низкие темпы звездообразования с учетом их турбулентных движений по сравнению с дисковыми галактиками, где регулярные движения и волны плотности ускоряют темпы звездообразования.

Так как отношение МШИК фактически выражает отношение массы газа и звезд у галактик, МН11М*, то для карликовых галактик с У„ < 50 км/с среднее отношение МШИК соответствует 0.7 с учетом поправки за

содержание гелия получаем М?£К/М»=1.3. Следовательно, более половины барионной массы у карликовых галактик остается пока не переработанной в звездную компоненту.

Средняя поверхностная плотность водорода, Мш / А%6,

характеризует условия звездообразования в галактике. Для галактик с морфологическими типами Т>0 средняя плотность Мт / А\ь растет в

сторону поздних типов, показывая минимальную дисперсию при Т= 4 (БЬс). Большой разброс значений поверхностной плотности водородной массы на обоих краях морфологической шкалы легко объясняется особенностями их эволюции: исчерпанием запасов газа у Е, БО-галактик, выметанием газа из карликовых систем при вспышках звездообразования и/или прохождении их через гало массивных галактик. Для самых слабых карликовых галактик со скоростями вращения Ут < 6 км/с отмечено некоторое уменьшение средней поверхностной плотности водородной массы по сравнению с дисками нормальных галактик.

Рассмотрено влияние плотности окружения галактики на процесс преобразования газа в звезды.

Для количественного описания плотности окружения галактики введены понятия приливного индекса, который выражает приливное воздействие одного ©, (КагасЬегПБеу&Макагоу 1999Ь) или пяти ©5 значимых соседей галактики, а также контраст локальной средней звездной плотности ©j по отношению к глобальной (КагасЬеШБеу е1 а1. 2013). Вид распределений галактик по водородной массе, удельному темпу звездообразования на единицу К- светимости в зависимости от приливных индексов (©ь ®5, ©Дв значительной степени сходен. Отмечено наличие в этих распределениях примерно одинаковой верхней границы значений, как у галактик поля, так и у членов группы, и крутого завала средних значений в сторону высокой плотности окружения. Возрастающая дисперсия значений, как МШ1ЬК, так и БИЯНк, от изолированных галактик к членам групп свидетельствует о том, что близкое окружение галактик существенно влияет на процесс преобразования газа в звезды.

Исследовано поведение локальной средней плотности светимости в В - и К- полосе, а также плотности водородной массы и среднего темпа

звездообразования в сферах радиусом от 1 до 10 Мпк по отношению к их глобальным значениям.

В Четвертой главе диссертации исследуются свойства звездообразования в галактиках по их На- и FUV-потокам. Сейчас определены темпы звездообразования SFR по потокам в линии На для 461 галактики Местного объема, и еще для 41 галактики известны верхние пределы интегрального На-потока. Всего в исследуемой выборке имеется 619 галактик со значениями SFR по FUV-потокам, а также 98 галактик с верхним его пределом, соответствующим mFUV~23.0m. Среди обеих подвыборок имеется 415 галактик, у которых темп звездообразования было возможно оценить двумя независимыми способами.

Распределение отношения темпов звездообразования, определенных по потокам в На и FUV, в зависимости от различных глобальных параметров галактик демонстрирует ожидаемый эффект - дисперсия отношения темпов звездообразования по На- и по FUV-потокам возрастает с уменьшением светимости или массы галактики. Данный разброс галактик обусловлен разными причинами. Одной из причин несоответствия между оценками SFR по На- и по FUV-потокам может быть неправильный учет внутреннего поглощения в галактиках. Сопоставление отношения оценок SFR по На и FUV-потокам с видимым отношением осей галактик а/b показывает, что дисковые спиральные галактики морфологических типов Sa - Sdm, имеют сравнительно небольшую дисперсию значений log[SFR]Ha - log[SFR]Fuv со средним вблизи нуля. Следовательно, полуэмпирические зависимости для расчета SFR хорошо взаимно прокалиброваны для нормальных дисковых галактик. Некоторая тенденция к уменьшению [SFR]Ha/[SFR]Fuv в сторону галактик с большим углом наклона оси диска к лучу зрения указывает на возможную переоценку величины внутреннего поглощения в дисках по соотношениям, принятым для его расчета.

Для карликовых галактик морфологических типов BCD, Im, Ir логарифмическая разность оценок темпа звездообразования характеризуется заметно большей дисперсией. В среднем, значение [SFR]puv оказывается в два раза выше, чем [SFR]Ha, и практически не зависит от угла наклона галактики.

Распределение галактик Местного объема по удельному темпу звездообразования (SSFR) на единицу их светимости в Ks-полосе (или единицу звездной массы М»), демонстрирует горизонтальную "главную последовательность" для дисковых галактик. При этом галактики самой высокой светимости, большинство из которых спиральные галактики раннего типа (Sa-Sb) с преобладающим балджем со старым населением, показывают разброс значений SFR/LK в виде вертикального "столба". Существующее различие в отношении балджа к диску в них по-видимому и приводит к наблюдаемому разбросу их по вертикальной шкале. Еще большие различия по удельному темпу звездообразования видны у карликовых галактик, что, главным образом, обусловлено выметанием газа из карликовых галактик при вспышках звездообразования, а также прохождением карликовых спутников через гало гигантских галактик. Горизонтальная "главная последовательность" более отчетлива на распределении {SFR/LK, М2б) (здесь мало представлены галактики бедные нейтральным водородом). Распределение показывает наличие верхнего предела logíSFR/LjJmax ~ -9-4, выше которого располагаются всего несколько пекулярных экстремально голубых галактик: Garland, Mrk'209, МгкЗб, NGC 1592, UGCA292. Как следует из зависимости темпа звездообразования от полной водородной массы галактики Мш, наиболее быстрое преобразование газа в звезды происходит в галактиках, обладающих большими запасами нейтрального водорода. Наклон логарифмической зависимости между SSFR и Мш в области log (MH!/Mslin) < 7 выглядит гораздо более крутым, чем у галактик с большими водородными массами. Зависимость интегрального темпа

звездообразования и общей массы водорода показывает, что галактики разных морфологических типов достаточно хорошо следуют известному степенному закону Шмидта - Кенникатга с показателем 3/2.

Отмечено, что удельный темп звездообразования почти не зависит от

-2

поверхностной яркости галактики, вплоть до значения SB-26.5 mag arcsec". Сравнение распределений {SSFRHa,SBj и {SSFRpyy.SB} показывает, что граница максимальных значений SFR1LB выглядит более резкой для FUV-потоков. Это объясняется тем обстоятельством, что На-поток характеризует активность звездообразования на короткой шкале времени ~107 лет, и поэтому он реагирует на вспышки звездообразования сильнее, чем FUV-поток.

Определены средние показатели цвета -д), {В-тНа), (B-m2t)>

исправленные за Галактическое и внутреннее поглощение, а также их дисперсия для галактик с различными признаками. Согласно двумерной классификации карликовых галактик, представленной во Второй главе, проведен первичный анализ полученных данных.

Для карликовых галактик со звездными массами log MJMSU„ < 9, наименьший разброс значений удельного темпа звездообразования наблюдается у самых обособленных карликовых галактик. В областях высокой плотности, 0; > 0 или 0j> 1, появляется заметное количество карликовых объектов с угнетенным темпом звездообразования. При этом, в области максимально высоких значений SSFR практически не видно карликовых галактик, у которых усиление темпа звездообразования было бы спровоцировано плотным окружением соседей.

Представлены и анализируются диагностические диаграммы «past -future» для разных морфологических типов галактик. Приводится список наиболее активных галактик Местного объема.

Измерены лучевые скорости эмиссионных узлов, обнаруженных на далекой периферии спиральной галактики М81, а также в сфероидальной

карликовой галактике DD044. Показано, что эти эмиссионные "искры" имеют двоякую природу. Это могут быть или компактные НП-области, проектирующиеся на dSph галактику с далекой периферии соседних спиральных галактик (случай KDG61), или же мелкие очаги звездообразования в самих dSph галактиках (случай DD044).

В Пятой главе диссертации исследуются совокупности галактик с одной общей главной галактикой, которые названы ее "свитой", свойства доминирующих галактик (Main Disturber = MD) и галактик в их свитах. Распределение свит по числу галактик в них хорошо представляется степенной зависимостью N(n) ос п~2. Часть членов свиты со значениями

&i > 0 определены как физическая группа. Свиты были ранжированы по числу членов свиты щ: от максимального значения л,=55 для свиты вокруг М81 до ns=l. Выделено 20 наиболее населенных свит, содержащих в себе 468 галактик, т.е. 59% всего населения Местного объема. Распределение членов этих свит по приливному индексу 0] демонстрирует, что около 60% членов этих свит имеют значения &i>0, т.е. являются физически связанными с главной галактикой.

Вычислены коэффициенты корреляции разных параметров главной галактики с общим числом галактик свиты и„ числом физических членов ng и числом "ярких" физических спутников пь (Мв>-11.СГ). Принимая во внимание коэффициенты корреляции, которые больше по модулю, чем 0.25, можно сделать следующие выводы: а) Линейные размеры главной галактики в свите, ее водородная масса и морфологический тип практически не влияют на обилие галактик в свите; Ь) Общее число членов свиты ns и число физических спутников ng показывают положительную корреляцию со светимостью главной галактики, с ее динамической массой М2е и со всеми тремя приливными индексами 0;, &5, &/, однако, наличие значимой корреляции ns и rtg с расстоянием указывает на эффект наблюдательной селекции, как причину отмеченных корреляций; с) Для ярких физических

членов групп, пь, корреляция с расстоянием 1> практически исчезает. На число пь значимым образом влияют величина звездной и динамической массы главной галактики, а также контраст звездной плотности окружения <9,.

Карликовые галактики в свитах главных галактик проявляют хорошо известные эффекты сегрегации: на далеких окраинах свит расположены богатые газом галактики поздних типов, демонстрирующие более высокий темп звездообразования. Тем не менее, наблюдаются некоторые интересные случаи, когда карликовые сфероидальные галактики встречаются на далекой периферии свиты, а некоторые карликовые галактики позднего типа - вблизи главной галактики.

Ансамбль свит вокруг доминирующей галактики в фиксированном объеме можно характеризовать индексом Хирша И. Игнорируя члены свит с 0/ < 0 как галактики общего поля, получаем для физических групп галактик Местного объема индекс йг=9.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

В Приложении А диссертации представлена общая структура таблиц базы данных ЬУв.

В Приложении В диссертации приводится 5 таблиц, содержащих список пользовательских функций базы данных ЬУв, каталог ближайших 869 галактик (включенных в ЦНОС), интегральные параметры ближайших галактик, перечень карликовых галактик, входящих в «свиты». Описания таблиц даются в Главе 2, Главе 4, Главе 5.

Список литературы

Kaisina E.I., Makarov D.I., Karachentsev, I.D., Kaisin S.S., 2012, Asfflu, 67, 115, (LVG)

Karachentsev I. D., 1994, Astron. Astrophys. Trans., 6,1 Karachentsev I. D., Makarov D.I., Huchtmeier W.K., 1999a, A&AS, 139, 97 Karachentsev, I. D. & Makarov, D. I. 1999b, in IAU Symp. 186, Galaxy Interactions at Low and High Redshift, ed. J. E. Barnes & D. B. Sanders (Cambridge: Cambridge Univ. Press), 109

Karachentsev I. D., Karachentseva V. G., Huchtmeier W.K., Makarov D. I., AJ, 2004, 2031-2068

Karachentsev I.D., Kaisina E.I., Kaisin S.S., Makarova L.N., 2011, MNRAS, 415L, 31

Karachentsev I.D., Makarov D.I., Kaisina E.I., 2013, AJ, 145, 101

Karachentsev I.D., Kaisina EX, 2013, AJ, 146,46

Karachentsev I. D., Kaisina E. I., Makarov D. I., AJ, 2014,147,13

Kraan-Korteweg R. C., Tammann G. A., 1979, Astron. Nachr., 300, 181

Peebles P.J.E., Nusser, A., 2010, Nature, 465, 565

Peebles P.J.E., Phelps S.D., Shaya E.J., Tully R.B., 2001, ApJ, 554,104

Peebles P.J.E., 1993, Principles of Physical Cosmology, Princeton,University Press

Spergel D.N. et al., 2007, ApJS, 170,377

Tully R.B., 1988, Nearby Galaxies Catalog, Cambridge University Press

Бесплатно

Кайсина Елена Ивановна Базовые свойства галактик Местного Объема

Зак. № 193с Уч. изд. Л.-2.0 Тираж 100

САОРАН

Текст научной работы диссертации и автореферата по астрономии, кандидата физико-математических наук, Кайсина, Елена Ивановна, Нижний Архыз

На правах рукописи

04201456826 / УДК 524.7;524.72-4

КАЙСИНА Елена Ивановна

БАЗОВЫЕ СВОЙСТВА ГАЛАКТИК МЕСТНОГО ОБЪЕМА

(01.03.02 - Астрофизика и звездная астрономия)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Караченцев И. Д.

Нижний Архыз - 2014

Оглавление

Введение.......................................................................................................................4

Общая характеристика работы...............................................................................4

Актуальность.........................................................................................................4

Цели и задачи исследования................................................................................6

Научная новизна...................................................................................................6

Научная и практическая ценность работы.........................................................7

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах ....8

Основные результаты, выносимые на защиту...................................................9

Личный вклад автора..........................................................................................10

Апробация результатов......................................................................................10

Структура и объем диссертации.......................................................................11

Глава 1. База данных галактик Местного Объема.................................................20

1.1 Актуальность....................................................................................................20

1.2 Анализ СУБД....................................................................................................22

1.3 Структура базы данных ЬУв..........................................................................25

1.4 Организация \УеЬ-доступа..............................................................................31

1.5 Заключение.......................................................................................................34

Глава 2. Каталог и Атлас галактик Местного Объема...........................................35

2.1 Введение............................................................................................................35

2.2 Методика выбора объектов.............................................................................37

2.3 Наполнение Каталога.......................................................................................41

2.4 Полнота выборки и распределение галактик внутри Местного объема....50

2.5 Заключение.......................................................................................................57

Глава 3. Интегральные параметры галактик Местного Объема...........................59

3.1 Введение............................................................................................................59

3.2 Морфология и оптические зависимости........................................................61

3.3 Основные Н1 свойства выборки......................................................................67

3.4 Влияние плотности окружения галактики на преобразование газа в звезды

..................................................................................................................................71

3.5 Некоторые параметры Местного объема в сравнении с глобальными......76

3.6 Заключение.......................................................................................................78

Глава 4. Свойства звездообразования по На- и Ft/F-потокам.............................80

4.1 Введение............................................................................................................80

4.2 Сравнение темпов звездообразования по На- и FUV-потокам...................82

4.3 Масштабированные зависимости...................................................................88

4.4 SFR и морфология карликовых галактик......................................................93

4.5 Звездообразование в маломассивных галактиках........................................96

4.5.1 Эмиссионные узелки вокруг галактики М81........................................101

4.5.2 Эмиссионный очаг в карликовой сфероидальной галактике DD044 106

4.6 Заключение.....................................................................................................108

Глава 5. Свиты карликовых галактик вокруг близких гигантских галактик.... 112

5.1 Введение..........................................................................................................112

5.2 Окружение близких гигантских галактик...................................................114

5.3 Свойства главных галактик в свитах...........................................................120

5.4 Свойства галактик в свитах...........................................................................123

5.5 Кинематика галактик в свитах......................................................................130

5.6 Заключение.....................................................................................................132

Заключение...............................................................................................................134

Благодарности..........................................................................................................138

Литература................................................................................................................139

Приложение А..........................................................................................................146

Приложение В..........................................................................................................148

Таблица 1. Список пользовательских функций.........................................149

Таблица 2. Каталог ближайших галактик...................................................155

Таблица 3. Вычисляемые параметры ближайших галактик.....................176

Таблица 4. Параметры ближайших галактик, характеризующие

активность текущего звездообразования в галактиках.............................197

Таблица 5. Свиты близких гигантских галактик........................................209

Введение

Общая характеристика работы Актуальность

За последние 20 лет различными наблюдательными группами предпринято множество усилий по обнаружению близких галактик и систематизации их характеристик. Первый шаг к созданию такой выборки был сделан в 1979 году Kraan-Korteweg & Tammann (1979), этот список содержит 179 галактик в пределах 10 Мпк. В 1994 году Караченцевым выборка была расширена до 226 объектов Karachentsev (1994), в 1999 году — до 303 объектов Karachentsev et al. (1999а). В 2004 году был опубликован Каталог ближайших галактик — Catalog of Neighboring Galaxies (CNG) (Karachentsev et al. 2004) — который содержит 451 объект.

С момента создания первой выборки обнаружился ряд обстоятельств, влияющих на критерии отбора галактик в Местный объем. Прежде всего, необходимо использовать современное значение параметра Хаббла Н0=1Ъ км/с-Мпк (Spergel et al. 2007). На местное поле лучевых скоростей

оказывают влияние вириальные движения у членов близких групп, а также наличие близкого богатого скопления Virgo и обширного Местного войда (Tully 1988). Согласно некоторым представлениям значительными коллективными движениями могут обладать филаменты и стенки крупномасштабной структуры. По этим причинам лучевая скорость предполагаемой близкой галактики может не быть достаточно надежным индикатором ее расстояния. Следовательно, определение расстояний галактик, независимо от их скорости, остается весьма актуальной и сложной задачей. Учитывая все это, в качестве условий отбора галактик в Местный объем были приняты ограничения по их лучевой скорости Vio < 600 км/с или по индивидуально измеренному расстоянию D < 11.0 Мпк.

Некоторым образом, степень полноты выборки возможно оценить, проанализировав распределение галактик по абсолютной ^-величине, линейному диаметру А26 и ширине линии W50 в зависимости от расстояния и распределения средних поверхностных яркостей галактик Местного объема на разных расстояниях. Детальную оценку полноты выборки провести достаточно сложно в силу влияния многих факторов.

Необходимость создания базы данных о галактиках Местного объема, которая содержала бы многочисленную информацию о галактиках, расположенных в пределах 11 Мпк, становилась все более очевидной. Такая база, как совокупность структурированных и взаимосвязанных данных и методов, призвана обеспечить систематизацию, организационное пополнение данных и информационную полноту. С использованием функциональных возможностей базы данных и языка запросов, становится реальным построение

запросов к базе данных для создания различного рода подвыборок, дальнейшее проведение исследований и анализ разнообразных распределений и зависимостей локальных и глобальных параметров объектов.

Цели и задачи исследования

Цели диссертационной работы:

3. Определение и исследование интегральных параметров, характеризующих свойства галактик в Местном Объеме.

4. Изучение особенностей звездообразования в галактиках выборки по Наи FUV-потокам.

5. Исследование свойств карликовых галактик вокруг близких массивных галактик.

Научная новизна

В настоящей работе впервые была создана база данных галактик Местного объема, включающая в себя 869 галактик северного и южного неба с оценками расстояния D < 11 Мпк или с лучевыми скоростями относительно центроида Местной группы Vlg < 600 км/с.

Опубликован каталог "Updated Nearby Galaxy Catalog" = UNGC, который представляет собой уникальную систематизированную сводку

наблюдательных данных о расстояниях, лучевых скоростях, звездных величинах, потоках в линиях На, HI и ультрафиолетовых потоках галактик Местного объема.

По измерениям На- и FUV-потоков обнаружено, что у 99% галактик Местного объема любых морфологических типов имеет место верхний предел удельного темпа звездообразования \og(SFR/LK) = -9.4 [год"1], который является важной характеристикой процесса преобразования газа в звезды в современную эпоху.

Научная и практическая ценность работы

1. Впервые создана и поддерживается систематизированная и общедоступная база данных галактик Местного Объема — LVG. Количество посещений Web-страницы LVG с момента опубликования работы со ссылкой (20.03.2013) составляет более 27 ООО.

2. Создана обновленная и дополненная выборка галактик Местного объема с расстояниями D< 11 Мпк, количество объектов которой превышает 800.

3. В Местном объёме, где относительное число карликовых галактик составляет около 75%, прослежены зависимости между параметрами

галактик: размером, амплитудой вращения, массой, светимостью, поверхностной яркостью, количеством водорода, морфологией и плотностью окружения в рекордно широком диапазоне их значений. Такие исследования, с упором на карликовые системы, позволяют лучше понять эволюцию как карликовых, так и нормальных галактик.

4. Определены темпы звездообразования галактик по их На-и БиУ-потокам. Показано, что у большинства карликовых и спиральных галактик типов Ба-Бш преобразование газа в звезды происходит с приблизительно постоянным темпом, который определяется в основном внутренними процессами, а не внешним воздействием. Популяция Е, БО и с18р11 галактик имеет очень малые современные темпы звездообразования, которые на 2 - 3 порядка ниже средних в прошлом. Установлено, что у большинства галактик Местного объема удельный темп звездообразования не превышает верхнего предела 1о§(Шг/Щ = -9.4 [год1].

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

Основное содержание диссертации опубликовано в 5 статьях в рецензируемых журналах общим объемом 55 страниц.

1. Karachentsev I.D., Kaisina E.I., Kaisin S.S., Makarova L.N., Emission sparks around M 81 and in some dwarf spheroidal galaxies, 2011, MNRAS, 415L, 3134

2. Kaisina E.I., Makarov D.I., Karachentsev, I.D., Kaisin S.S., Observational database for studies of nearby universe, 2012, AstBu, 67, 115-122

3. Karachentsev I.D., Makarov D.I., Kaisina E.I., Updated Nearby Galaxy Catalog, 2013, AJ, 145, 101-123

4. Karachentsev I.D. & Kaisina E.I., Star Formation Properties in the Local Volume Galaxies via Ha and Far-ultraviolet Fluxes, 2013, AJ, 146,46-56

5. Karachentsev I.D., Kaisina E.I., Makarov D.I., Suites of dwarfs around nearby giant galaxies, 2014, AJ, 147, 13-21

Основные результаты, выносимые на защиту

2. Создание каталога галактик Местного объема, включающего в себя 869 галактик северного и южного неба с оценками расстояния D < 11 Мпк или с лучевыми скоростями относительно центроида Местной группы VLg < 600 км/с. Каталог является обновленной и расширенной версией Каталога ближайших галактик (Catalog of Neighboring Galaxies).

4. Обнаружение верхнего предела удельного темпа звездообразования log(SFR/LK) = -9.4 [год"1] для 99% галактик Местного объема.

6. Выделение свит вокруг массивных галактик, состоящих из карликовых

спутников. Определение их свойств в зависимости от характеристик главной галактики и ее окружения.

Личный вклад автора

Разработка структуры базы данных галактик Местного объема проводилась совместно с Макаровым Д. И. Создание базы данных и работа с данными в рамках базы данных PostgreSQL проводились автором. Разработка, написание и развертывание интерфейса Web-доступа к базе данных проводились автором. Составление атласа изображений галактик с угловыми диаметрами а<6 угл. мин. из цифровых обзоров неба в широкополосных фильтрах и фильтре На проводилось автором. Сводка На-потоков, FUV-потоков и других наблюдательных параметров проводилась совместно с соавторами. Обработка спектральных данных, полученных на приборе SCORPIO с длинной щелью, и измерение гелиоцентрических скоростей Vh по линии На проводились автором. Вклад автора в анализе и обсуждении результатов равноправен с другими соавторами.

Апробация результатов

Основные результаты диссертации докладывались на общем семинаре CAO РАН, конкурсе-конференции научных работ CAO РАН в2012ив2013 годах, а также на российских и международных конференциях:

2. Международная конференция "Nearby Dwarf Galaxies", NDG-2009, CAO РАН, Нижний Архыз, 14-18 сентября 2009

3. Всероссийская астрономическая конференция «От эпохи Галилея до наших дней» - ВАК-2010, CAO РАН, Нижний Архыз, 12-19 сентября 2010

4. Всероссийская конференция «Галактики привычные и неожиданные»,

ЮФУ, Ростов-на-Дону, 6-8 мая 2013 5. Всероссийская конференция "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра", НЕА-2013, ИКИ РАН, Москва, 23-26 декабря 2013

Структура и объем диссертации

Во Введении приводится обоснование актуальности работы, цели и задачи исследования, научная новизна, научная и практическая значимость диссертации. Формулируются положения, выносимые на защиту, а также приводится список работ, в которых опубликованы результаты данного исследования. Кратко представлено сод�