Комплексное исследование рассеянных звездных скоплений Галактики

Глушкова, Елена Вячеславовна

Комплексное исследование рассеянных звездных скоплений Галактики тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Глушкова, Елена Вячеславовна АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

01.03.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по астрономии на тему «Комплексное исследование рассеянных звездных скоплений Галактики»

Автореферат диссертации на тему "Комплексное исследование рассеянных звездных скоплений Галактики"

московский государственный университет

имени М.В. ЛОМОНОСОВА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени П.К. ШТЕРНБЕРГА

На правах рукописи УПДК 524.3, 524.4, 524.6

ГЛУШКОВА ЕЛЕНА ВЯЧЕСЛАВОВНА

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕЯННЫХ ЗВЁЗДНЫХ СКОПЛЕНИЙ

ГАЛАКТИКИ

Специальность: 01.03.02 - астрофизика и звездная астрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

-з ":пл 2014

Москва - 2014

005550340

Работа выполнена в отделе изучения Галактики и переменных звёзд Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Расторгуев Алексей Сергеевич (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова)

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук ,

заведующий лабораторией динамики Галактики Бобылев Вадим Вадимович

(Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково)

доктор физико-математических наук, профессор, заведующая лабораторией астроспектроскопии Клочкова Валентина Георгиевна (Федеральное государственное бюджетное учреждение пауки "Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук")

доктор физико-математических паук, профессор, профессор кафедры физики космоса Марсаков Владимир Андреевич (Южный Федеральный университет, физический факультет)

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится 2 октября 2014 г. в 14 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д501.001.86 при МГУ имени М.В. Ломоносова. Адрес: 119991, г. Москва, Университетский проспект, 13, ГАИШ МГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (119991, г. Москва, Ломоносовский проспект, д. 27, Фундаментальная библиотека) и на сайте http://sai.msu.ru/dissovet/2014.html.

Автореферат разослан 2 <а" О £ 2014 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук С.О. Алексеев

Актуальность темы

Подсистема рассеянных скоплений Млечного Пути отслеживает дисковую составляющую Галактики и является наиболее подходящим объектом для изучения её структуры, кинематики, химической и динамической эволюции. Это связано с тем, что все физические параметры: расстояние, возраст, избыток цвета, химический состав, лучевая скорость и собственное движение для скоплений определяются намного точнее, чем для одиночных звёзд. В первую очередь, это обусловлено большой статистикой, но, кроме того, такие характеристики, как возраст, расстояние и поглощение в направлении на скопление, определяются методом совмещения главных последовательностей (ГП) скоплений с теоретическими изохронами и/или эмпирической начальной главной последовательностью (НГП) на диаграммах "цвет-величина" и двухцветных диаграммах, которые имеют характерные для скоплений особенности (например, "red clump" - сгущение звёзд у основания ветви красных гигантов). Такие особенности облегчают процесс совмещения изохрон с ГП скоплений и увеличивают точность измерения их физических характеристик. Поэтому подсистему РЗС используют для определения расстояния до центра Галактики, положения Солнца над галактической плоскостью и шкалы высот в диске, для изучения распределения газо-пылевой материи в Млечном Пути, расположения спиральных рукавов и определения скорости вращения спирального узора, для построения кривой вращения и т.д.

Рассеянные скопления - это хороший инструмент для изучения процессов звездообразования в диске Галактики, исследования начальной функции масс, уточнения эволюционных моделей звёзд. Во многих работах, как отмечалось выше, авторы определяют параметры скоплений с помощью теоретических изохрон разной металличности. Но в некоторых исследованиях, наоборот, по фотометрическим данным высокой точности строят диаграммы "цвет-величина" и получают эмпирические изохроны, с помощью которых затем уточняют модели эволюции звёзд на различных стадиях, включая стадию протозвезды.

Шкала расстояний в Галактике опирается на РЗС, так как зависимость "период-светимость" для цефеид в ряде работ выводится по цефеидам - членам рассеянных скоплений и ассоциаций, расстояния до которых определяются независимым методом. Цефеид - надёжно подтверждённых членов скоплений и ассоциаций в Галактике всего несколько десятков, поэтому их физические характеристики определяются с особой тщательностью. В частности, при измерении периодов пульсации этих звёзд, особое внимание уделяют изменению периодов с течением времени.

Именно в силу изложенных выше причин интерес к исследованию РЗС и определению их физических характеристик не угасает на протяжении почти целого столетия, с тех пор как X. Шепли (1916) ввёл понятие "open cluster" (открытое, или рассеянное, скопление). Однако, изучение рассеянных скоплений с помощью фотографической и фотоэлектрической фотометрии продвигалось довольно медленно, так как наблюдателям требовалось много времени на исследование одного объекта, состоящего из большого числа звёзд, каждая из которых фотометрировалась отдельно. Качественный скачок произошёл с появлением ПЗС-приёмгапсов и развитием вычислительной техники. На первый взгляд, теперь, если мы имеем качественные ПЗС-снимки, то весь процесс нахождения параметров скопления (включая обработку изображений, определение величин индивидуальных звёзд в нескольких полосах пропускания, построение диаграмм "цвет-величина" и двухцветных диаграмм скопления и наложения на них НГП и теоретических изохрон) может занимать всего несколько часов. Однако, для изучения свойств галактического диска необходим однородный каталог физических параметров РЗС. Точность ПЗС-фотометрии звёзд в скоплениях может на порядок превышать точность фотоэлектрических измерений, но систематические ошибки, возникающие при обработке данных, особенно при автоматическом нахождении величин звёзд, как это часто делается в больших обзорах неба, могут на порядок превосходить внутренние ошибки ПЗС-фотометрии. Поэтому, когда мы наносим на одну и ту же диаграмму величины и показатели цвета из работ разных авторов, то отличие в положении ГП скопления по разным данным может достигать 0.5га, что приводит к ошибке в расстоянии порядка 20%. Эта проблема широко известна, поэтому, например, при исследовании скоплений по данным обзора SDSS (Sloan Digital Sky Survey) часть авторов сначала заново обрабатывает исходные изображения и самостоятельно определяет величины звёзд в разных фильтрах.

Таким образом, до сих пор остаётся актуальной задача получения однородных высокоточных данных для отдельных рассеянных скоплений: измерение собственных движений и лучевых скоростей звёзд в скоплениях, определение химического состава, нахождение возраста, расстояния, избытка цвета.

Исследование Галактики с помощью подсистемы РЗС, кроме преимуществ, имеет и ряд трудностей. Рассеянные скопления, особенно молодые, с возрастом менее 107 лет, концентрируются к галактической плоскости вместе с поглощающим излучение газо-пылевым веществом. Это не только затрудняет исследование известных скоплений, но и искажает наши общие представления о подсистеме РЗС

из-за эффекта селекции. Ведь в первую очередь были открыты и изучены молодые массивные объекты, а небольшие слабоконцентрированные скопления остались незамеченными либо из-за плотного фона звёзд поля, либо из-за сильного поглощения.

Посмотрим, что известно о РЗС к настоящему времени. Наиболее полным и самым цитируемым сводным каталогом параметров рассеянных скоплений является регулярно обновляющийся каталог Диаса и др. (2002), где из разных публикаций собраны воедино физические параметры РЗС, такие, как расстояние до скопления, избыток цвета E(B-V), возраст, среднее собственное движение членов скопления, лучевая скорость и металличность. В каталоге содержится около 2000 скоплений, а всего, по оценкам разных авторов (например, Сурдин, 1997; Пискунов и др., 2006 ), в нашей Галактике должно быть порядка 100 000 РЗС. Поэтому ещё одной актуальной задачей является поиск, открытие и исследование новых скоплений в Галактике. Появление больших обзоров неба, особенно выполненных в инфракрасном диапазоне, где степень поглощения излучения меньше, вызвало всплеск интереса к решению этой задачи, в том числе и у нашей научной группы.

Цель работы

Настоящая работа посвящена всестороннему изучению популяции рассеянных звёздных скоплений, представляющих собой характерное население галактического диска. Исследуются как кинематические и физические характеристики отдельных рассеянных скоплений (собственные движения, лучевые скорости, размеры, возрасты, расстояния, избытки цвета в направлении на скопления), так и подсистема РЗС в целом (определяются параметры движения Солнца и кривой вращения Галактики по данным о молодых скоплениях). Проводится поиск и верификация новых звёздных скоплений в Галактике с помощью инфракрасного обзора неба. Изучаются характеристики цефеид, являющихся членами РЗС.

Научная новизна работы

Впервые абсолютизация собственных движений в полях 21 РЗС была проведена по большому числу звёзд (от 70 до 300 в каждом), причем члены скоплений выделялись с помощью высокоточных относительных собственных движений. Впервые был создан большой однородный каталог абсолютных собственных движений 331 РЗС на основе данных 4-миллионного каталога, с последующей редукцией результатов в систему каталогов HIPPARCOS и TYCHO. Измерены относительные собственные движения звёзд в поле скопления NGC 7063 и

выделены члены скопления. Впервые созданы списки звёзд, принадлежащих к каждому из 331 РЗС, путем анализа всех имеющихся данных.

Впервые выведены средние лучевые скорости четырех РЗС на основе высокоточных измерений индивидуальных скоростей красных гигантов - членов этих скоплений. Впервые найдены размеры корональных областей NGC 1817 и NGC 6811 на основе фотометрических и спектральных исследований этих скоплений.

Изменяемость периодов пульсаций 40 цефеид, расположенных в полях рассеянных скоплений и ассоциаций, впервые исследована по более чем 100-летним временным интервалам.

Создана и апробирована оригинальная методика поиска и верификации звёздных скоплений по большим обзорам всего неба. Разработан новый эффективный алгоритм нахождения основных физических параметров РЗС, таких как размер, возраст, расстояние и избыток цвета в направлении на скопление. Открыто 168 новых звёздных скоплений нашей Галактики. Подтверждена природа 13 РЗС, которые числились в каталогах как сомнительные объекты. Создана электронная версия каталога рассеянных скоплений, открытых и/или изученных в ГАИШ МГУ.

Впервые получены однородные, свободные от систематических ошибок и массовые фотометрические данные для звёзд в полях 17 малоизученных или ранее не исследованных скоплений. Их физические характеристики впервые определены с использованием оригинальной методики и однородных данных. Впервые найден разрыв функции масс на главных последовательностях трех рассеянных скоплений.

При анализе поля скоростей молодых объектов галактического диска впервые были использованы собственные движения рассеянных скоплений. Метод статистических параллаксов впервые был применен к совместной выборке молодых РЗС и цефеид для согласовать и уточнения их шкал расстояний.

Научная и практическая значимость результатов работы

Каталог собственных движений и каталог лучевых скоростей рассеянных скоплений можно использовать для дальнейшего изучения кинематики галактического диска. Индивидуальные лучевые скорости звёзд и информация о принадлежности звёзд к скоплению будут полезны при исследовании отдельных объектов.

Результаты исследования изменяемости периодов цефеид будут востребованы при изучении эволюции этих звёзд.

Метод поиска и верификации звёздных скоплений может быть применен к обзорам всего неба, как уже имеющимся, так и будущим. Методику нахождения

основных физических характеристик РЗС можно использовать для анализа фотометрических данных, полученных различными методами и на разных инструментах для звёзд в полях рассеянных скоплений.

Открытие более полутора сотен новых звёздных скоплений по сравнительно неглубокому каталогу 2МА8Б подтверждает вывод о наличии большого числа неизвестных скоплений в Галактике и стимулирует поиск новых РЗС по более глубоким обзорам неба.

Созданный нами интернет-каталог рассеянных скоплений с интегрированными в него инструментами виртуальной обсерватории используется для проведения практических занятий со студентами астрономического отделения физического факультета МГУ.

Найденные нами физические характеристики 19 рассеянных скоплений (размеры, возрасты, расстояния и избытки цвета) могут быть использованы при изучении структуры и эволюции диска Галактики.

Методика, разработанная для анализа поля скоростей молодых объектов диска, применима при исследовании любой подсистемы Галактики.

Результаты, выносимые на защит}'.

1. Создание каталога абсолютных собственных движений 331 рассеянного скопления на основе 4-миллионного каталога звезд, редуцированного затем в систему каталогов ШРРАМЮБ и ТУСНО, путем усреднения абсолютных собственных движений предварительно отобранных членов скоплений. Члены скоплений выделялись с использованием всех имеющихся данных: высокоточных относительных собственных движений, индивидуальных лучевых скоростей, данных многоцветной фотометрии. Создание списка звёзд с высокой вероятностью принадлежности к каждому из скоплений.

2. Высокоточное измерение лучевых скоростей 48 звёзд поздних спектральных классов в полях одиннадцати рассеянных скоплений и определение средних лучевых скоростей этих скоплений. Создание компилятивного каталога лучевых скоростей рассеянных скоплешш, содержащего 165 РЗС, путем усреднения лучевых скоростей предварительно отобранных членов скоплений.

3. Результата исследования изменяемости периодов пульсаций 40 цефеид, входящих в состав рассеянных скоплений и ассоциаций, по многолетним рядам наблюдений. Обнаружение как плавного увеличения или уменьшения периода пульсаций, так и его скачкообразных изменений.

4. Метод поиска концентраций звёзд по большим обзорам неба и оригинальная методика верификации обнаружегашх звёздных скоплений с одновременным определением их основных физических параметров. Детектирование 11 тысяч пиков плотности в области lèl < 24° по данным инфракрасного обзора 2MASS. Открытие 168 новых звёздных скоплений как результат детального анализа обнаруженных пиков плотности. Независимое открытие и подтверждение реальности 13 РЗС, существование которых было сомнительно. Оценка физических параметров 145 скоплений. Создание интернет-каталога скоплений, открытых и/или исследованных в ГАИШ МГУ.

5. Результаты исследования 17 рассеянных скоплений по данным многоцветной фотометрии, полученной на телескопах "Цейсс 1000" CAO РАН и на 104-см телескопе индийского института ARIES. Определение основных физических характеристик скоплений (размеров, расстояний, возрастов и избытков цвета) с использованием оригинальной методики и однородных дашшх. Обнаружение разрыва функции масс на главной последовательности трех РЗС.

6. Результаты анализа поля скоростей 770 молодых объектов галактического диска, определение полного набора кинематических параметров выборки. Результаты применения метода статистических параллаксов к 117 молодым рассеянным скоплениям и к 270 классическим цефеидам и уточнение их шкал расстояний.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласием наших измерений и вычисленных нами характеристик с наиболее точными результатами, опубликованными другими авторами; эффективным применением разработанных нами методик к различным наблюдательным данным, а также обсуждением этих результатов на российских и международных семинарах и конференциях.

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах по звездной астрономии ГАИШ МГУ, на Ломоносовских чтениях в 2012 г., на семинаре института ARTES (Индия), на семинаре Женевской обсерватории (Швейцария) и др., а также на следующих российских и международных конференциях:

"The Origins, Evolutions, and Destinies of Binary Stars in Clusters", Калгари, Канада, июнь 1995 г.

JENAM-98, Прага, Чешская республика, сентябрь 1998 г. JENAM-2000, Москва, май 2000 г. JENAM-2001, Мюнхен, сентябрь 2001 г.

"Star candles for intergalactic distance scale", Консепсьон, Чили, декабрь 2002 г. "The Light-Time Effect in Astrophysics", Брюссель, Бельгия, июль 2004 г. "Stellar Pulsation and Evolution", Рим, Италия, июнь 2005 г.

79-ая ежегодная конференция немецкого астрономического общества, Кёльн,

Германия, сентябрь 2005 г.

ADAS, Сан Лоренцо, Испания, октябрь 2005 г.

"Evolution of Galaxies across the Hubble Time", Прага, Чешская республика, сентябрь 2006 г.

Flows, Boundaries, and Interaction Workshop, Синая, Румыния, май 2007 г. "Legacy of Multi-Wavelength Surveys", Синин, Китай, сентябрь 2007 г. "Star Clusters: Basic Galactic Building Blocks throughout Time and Space", Рио-де-Жанейро, Бразилия, август 2009 г.

Workshop on Indian-Russian collaboration on Astronomy and Astrophysics, Москва, сентябрь 2009 г.

Международная конференция памяти Б. В. Кукаркина "Переменные звезды, галактическое гало и формирование Галактики", Звенигород, октябрь 2009 г. "Star Clusters in the Era of Large Surveys", Лиссабон, Португалия, сентябрь 2010 г. "Современная звёздная астрономия", Москва, июнь 2012 г. "Наблюдаемые проявления звёздной эволюции", САО РАН, сентябрь 2012 г. "Современная звёздная астрономия", Пулково, июнь 2013 г.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; включает в себя 40 таблиц и 80 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 241 публикацию. Результаты, представленные в диссертации, получены на протяжении последних 20 лет и отражены в 50 публикациях. Каждая глава представляет собой отдельное независимое исследование и включает в себя небольшой обзор поставлешюй задачи. Общий объем диссертации составляет 209 страниц.

Содержание работы

Во Введении обосновывается актуальность работы, дается общая характеристика работы, обсуждается её научная новизна, научная и практическая значимость, формулируются положения, выносимые на защиту, приводится список работ, в которых опубликованы результаты диссертации.

Первая глава посвящена изучению собственных движепий и лучевых скоростей РЗС. Нами были получены абсолютные собственные движения 202 молодых скоплений с возрастом log(t) ^ 8.3 на основе 4-миллионного каталога звезд (Гуляев, Нестеров, 1992). Абсолютизация собственных движений в полях 21 РЗС впервые была проведена по столь большому числу звёзд: от 70 до 302, членство которых в скоплении подтверждалось высокоточными относительными собственными движениями; полное же число членов скоплений с известными абсолютными собственными движениями в полях 21 РЗС составило 2680 звёзд. Для определения абсолютного собствешгого движения ещё 181 молодого РЗС был выполнен анализ принадлежности звёзд к скоплению, и только потом выведено абсолютное собственное движение каждого скопления. Общее число использованных звёзд — членов скоплений составило 2980.

Результаты вычисления параметров кривой вращения молодых РЗС только по выведенным нами собствешгам движениям оказались в хорошем согласии с величинами, найденными другими авторами по пространственным скоростям цефеид, голубых сверхгигантов и молодых скоплений. Это позволило нам сделать вывод, что полученные по 4-миллионному каталогу абсолютные собственные движения РЗС могут быть использованы для изучения кинематики диска Галактики, в частности для расчёта кривой вращения.

Используя отработанную и проверенную на молодых скоплениях методику, мы определили абсолютные собственные движения 129 скоплений с возрастом log(t) > 8.3 и составили общий каталог абсолютных собственных движений для 331 РЗС. В каталог также вошли поправки к раЫ(а) и /4bs(5), которые приводят собственные движения РЗС в систему каталогов HIPPARCOS и TYCHO. Это -первый большой каталог абсолютных собственных движений РЗС. Электронная версия нашего каталога опубликована на сайте ГАИШ (ftn://ftp.sai.msu.su/pub/groups/cluster/cl/nm/index.htm'l и в базе дшпнлх WEBDA (Мермийо, 1992) (http://www.univie.ac.at/webda/elena.htmn. Там же размещены данные о звёздах, принадлежащих к каждому из изученных скоплений. Для одного из скоплений, NGC 7063, нами впервые были измерены относительные собственные движения 1065 звезд и выделены члены РЗС. Эти результаты тоже можно найти на сервере ГАИШ (ftp://ftp.sai.msu.rU/pub/groups/cluster/cl/ngc7063/1.

«Побочным продуктом» исследования членства звёзд в скоплениях стал компилятивный каталог лучевых скоростей РЗС. В него вошли средние значения Vr 165 скоплений, причем заметная часть этих скоростей была измерена нами и опубликована в более ранних работах. Кроме того, дополнительно нами были измерены лучевые скорости 37 красных гигантов в полях четырех РЗС (NGC 6494, NGC 6694, NGC 6755, NGC 6819) и впервые определены средние V, скоплений; получены ряды измерений 11 ярких красных гигантов и сверхгигантов в полях 7 РЗС, найдены высокоточные средние Vr этих звёзд.

По стеклянным пластинкам Паломарского обзора, снятым в двух фильтрах, были найдены красные звёзды в широких окрестностях скоплений NGC 6811 и NGC 1817, измерены их лучевые скорости: 191 измерение 60 звёзд в поле NGC 6811 и 129 измерений 59 звёзд в поле NGC 1817.

Дополнительно в поле скопления NGC 6811 были измерены UBVR величины 117 звезд. Основные физические параметры скопления были определены методом подбора изохроны на диаграмме «цвет-величина» и смещением вдоль линии нормальных цветов на двухцветной диаграмме. Была подтверждена принадлежность к скоплению 88 звёзд с учетом их положения на ГР диаграммах, двухцветных диаграммах и близости лучевой скорости к средней скорости скопления. Определен диаметр скопления — он оказался в 5 раз больше величины, известной ранее.

Членство звёзд в скоплении NGC 1817 проверялось по данным многоцветной фотометрии и по лучевым скоростям. В центральной области скопления найден 21 красный гигант - член РЗС, а в короне — 18 красных гигантов, принадлежащих NGC 1817. По 32 красным звёздам впервые выведена средняя Vr скопления с точностью 0.09 км/с. Уточнённый радиус скопления в 2.5 раза превышает известный ранее. Радиальное распределение красных гигантов показало, что двойные звёзды сильнее концентрируются к центру скопления, чем одиночные.

Во второй главе описывается исследование 40 цефеид, входящих в состав рассеянных скоплений и ассоциаций. Фотометрические ряды наблюдений из базы данных Бердникова (1995) были дополнены нами фотографическими и визуальными оценками блеска, собранными в публикациях конца XIX — начала XX века, что позволило построить диаграммы (О-С) (Observed minus Calculated), охватывающие более, чем 100-летний временной интервал. Для каждой цефеиды была построена стандартная кривая, найден период пульсаций, проанализирована диаграмма (О-С). В 30 случаях из 40 обнаружено плавное изменение (увеличение или уменьшение) периода пульсаций. Кроме того, у 10 цефеид наблюдались частое и резкие изменения периода. Было найдено, что все эти особенности поведения

одинаковы как для цефеид, входящих в состав скоплений или ассоциаций, так и для одиночных цефеид звёздного поля.

Методом иерархического скучивания выделены комплексы цефеид с максимальным размером порядка 800 пк. Найдено, что распределите цефеидных комплексов хорошо согласуется с распределением группировок рассеянных скоплений и ассоциаций, несмотря на различия в возрасте.

В третьей главе описан разработанный нами эффективный алгоритм поиска звёздных скоплений в больших обзорах всего неба, основанный на свертке карт плотности со специальным двумерным фильтром. Этот метод не имеет мировых аналогов и может быть применен к любому большому каталогу звёзд. Создана также оригинальная методика полуавтоматической верификации обнаруженных скоплений и определения их основных физических параметров: размера, возраста, расстояния, избытка цвета в направлении на скопление. Эта методика опирается на разумное допущение о том, что звёзды, лежащие вблизи изохроны на диаграмме «цвет-величина», концентрируются к центру скопления. Главным преимуществом методики является однородность выходного каталога параметров РЗС, что крайне важно для звёздноастрономических исследований.

На первом этапе работы была детально исследована площадка размером (16° х 16°) в направлении на антицентр Галактики по данным обзора 2MASS. Нами было открыто 15 новых РЗС, для 12 скоплений были определены основные физические параметры. Затем оригинальная методика поиска и верификации скоплений была применена к области галактического диска для галактической широты 161 < 24°. Было найдено 11186 пиков плотности на уровне значимости, превышающем 4.5 стандартных отклонения. После детального анализа была подтверждена реальность 153 новых скоплений. Для 130 скоплений были найдены возрасты, расстояния и избытки цвета, причем в девяти случаях для этого использовались JHK величины из обзора UK3DSS GPS. Новое скопление SAI 92 вместе с известным ранее NGC 2645 представляет собой двойное скопление. А SAI 50, скорее всего, является шаровым звёздным скоплением. Были верифицировали еще 13 РЗС, которые значились в каталогах и базах данных как сомнительные объекты, имеющие зачастую неправильные координаты. Для них были определены основные физические характеристики.

Для облегчения доступа и научного анализа результатов наших исследований, а также для быстрой публикации обновляющегося каталога, был разработан специальный веб-сайт, доступный по адресу http://ocl.sai.msu.ru. Для каждого изученного скопления создана отдельная веб-страница, куда помещена диаграмма Хесса, диаграмма "цвет-величина" с наложенной изохроной, изображение

скопления из обзора 2MASS или DSS, таблица с параметрами, каталог фотометрических данных (для скоплений с ПЗС наблюдениями). Впоследствии в каталог стали добавляться скопления, изученные нами в рамках программы фотометрического исследования малоизученных РЗС.

Четвертая глава рассказывает об изучении рассеянных скоплений с помощью многоцветной фотометрии. На телескопе "Цейсс 1000" CAO РАН была получена BVRI ПЗС-фотометрия звёзд в полях малоизученных скоплений Berkeley 96, Berkeley 97, King 12, King 13, King 18, King 19, King 20, NGC 136, NGC 7245, NGC 7261, NGC 7296 и NGC 7788, расположенных в направлении на рукав Персея.

Для большинства скоплений ошибки определения звёздных величин оказались менее 0.10т, предел по звёздной величине составил 20т - 21.5т в зависимости от полосы пропускания. Полученные нами величины и показатели цвета звёзд хорошо согласуются с данными фотоэлектрических наблюдений других авторов, но заметно отличаются от фотографических величин и/или показателей цвета. Однако все фотоэлектрические наблюдения выполнены для сравнительно небольшого числа звёзд в силу трудоемкости процесса измерений в полях РЗС. Что касается немногочисленных ПЗС наблюдений, выполненных ранее, то хорошее согласие определенных нами величин наблюдается только с данными из работы Вискума и др. (1997) в поле скопления NGC 7245. Систематическое отличие между нашими данными и ПЗС данными Нетопила и др. (2005) для NGC 7296 достигает 0.2™ в величине V и 0.1в показателе цвета (V-Rc). Кроме того, различия в показателе цвета показывают систематический тренд от 0.1т до 0.25ш. В тоже время сравнение наших результатов с данными каталога APASS (hltp://www.aavso.org/apass~) показало хорошее согласие для 32 общих звезд в поле NGC 7296: различия в звёздной величине V составили (-0.07 ± 0.03)га, а в показателе цвета (B-V) - (-0.04 ± 0.0)т. Все это доказывает, что нами впервые были получены однородные, качественные и массовые фотометрические данные в полях 12 малоизученных скоплений.

По этим данным с использованием оригинальной методики были определены физические характеристики скоплений: размеры, возрасты, расстояния и избытки цвета. Только для скопления King 12 определенные нами параметры хорошо согласуются с найденным другими авторами. Во всех остальных случаях мы значительно улучшили значения основных физических характеристик скоплений, определив их по однородным данным с помощью одной и той же методики. Исследование функции масс обнаружило "разрыв" па ГП скоплений Berkeley 97, King 12 и NGC 7788 в интервале [1.3 — 1.7] солнечных масс.

Ещё пять РЗС: Koposov 12, Koposov 53, Koposov 77, SAI 63 и SAI 75 ,

открытых нами по данным обзора 2MASS, были исследованы с помощью UBVIПЗС фотометрии звезд, полученной на 104-см телескопе индийского института ARIES. Для них были найдены расстояния, избытки цвета, возрасты и линейные радиусы. Независимым образом подтверждена реальность этих РЗС. Исследован закон поглощения в направлении на скопления. Во всех случаях соотношения между избытками цвета в разных фильтрах оказались близки к нормальному закону Карделли и др. (1989).

В пятой главе рассказывается, как созданные нами каталоги собственных движений и лучевых скоростей РЗС (см. Главу 1) были использованы для анализа поля скоростей молодых объектов галактического диска.

При определении параметров галактического вращения с помощью формул Боттлингера в выборку объектов впервые были включены молодые рассеянные скопления. Из совместного анализа лучевых скоростей и собственных движений РЗС, цефеид и красных сверхгигантов (всего 770 объектов населения I) были найдены компоненты скорости Солнца (U0 ,V0 ,W0) = (10.0, 14.1, 8.2) + 1.0 км/с, постоянная Оорта А - (18.7 ± 0.4) км/с/кпк, угловая скорость вращения подсистемы соо = (27.5 ± 2.0) км/с/кпк, вторая производная угловой скорости <а0" = (0.96 ± 0.10) км/с/кпк3.

Метод статистических параллаксов впервые был применен к 117 рассеянным скоплениям с возрастом менее 100 млн. лет и к 270 классическим цефеидам, собственные движения которых были взята из каталога HIPPARCOS или приведены в систему HIPPARCOS. Метод статистических параллаксов позволил уточнить светимости объектов и одновременно найти согласованное решение для всех кинематических характеристик выборки, включая кривую вращения, а также форму и размеры эллипсоида остаточых скоростей.

Было найдено, что для цефеид коротких периодов (Pvh < 9d) требуется увеличить их расстояния в среднем на 15 - 20 %, в то время как шкала расстояний долгопериодических цефеид в целом верна и не требует значительного удлинения. Для согласования совокупности результатов применения метода статистических параллаксов к выборкам, состоящим из 249 классических цефеид и 117 молодых рассеянных скоплений, достаточно увеличить модули расстояний этих объектов не более, чем на 0.15ш по сравнению с использованной нами короткой шкалой.

В предположении, что расстояние до центра Галактики равно 7.5 кпк, определены следующие средние значения кинематических параметров, найденные по цефеидам, но неплохо описывающие и выборку рассеянных скоплений: скорость Солнца (U0,Vo,Wo) = (9, 12, 7) км/с (±1 км/с); главные оси эллипсоида скоростей (ац : Оу : ow) = (15.0 : 10.3 : 8.5) км/с (±1 км/с); угловая скорость вращения

подсистемы со0 = (28.7 ± 1) км/с/кпк; постоянная Оорта А = (17.4 ± 1.5) км/с/кпк; вторая производная аа" = (1.15 ± 0.2) км/с/кпк3. Сравнение полученных нами значений компонентов движения Солнца, угловой скорости вращения Галактики на расстоянии Солнца и её второй производной с соответствующими величинами, определенными в современных работах разных авторов, показало очень хорошее согласие.

В Заключении приведены основные результаты и сформулированы выводы диссертации.

Таким образом в диссертации была всесторонне изучена подсистема рассеянных скоплений Галактики. Получены каталоги кинематических и физических параметров нескольких сотен РЗС на основе собственных наблюдательных данных. Изучены свойства цефеид, входящих в состав рассеянных скоплений и ассоциаций. Проанализировано совместное распределение молодых объектов в диске Галактики, изучены их кинематические характеристики, включая кривую вращения. Открыто и исследовано более полутора сотен новых звёздных скоплений. В перспективе рассматривается применение разработанных нами методик для поиска скоплений и ассоциаций, связанных с цефеидами, открытыми в большом количестве в недавних фотометрических обзорах неба, а также использование наших программ и методов для нахождения физических параметров более 600 РЗС, наблюдения которых выполняются в настоящее время нашими мексиканскими коллегами.

Список публикаций по теме диссертации Собственные движения и лучевые скорости РЗС

1. Mermilliod J.-C., Latham D.W., Glushkova E.V., Ibrahimov M.A., Batirshinova V.M., Stefanik R.P., James D.J. "Red giants in open clusters. X. NGC 1817" // Astron. Astrophys. 2003. V. 399. P. 105-112

2. Glushkova E.V. "Variability of luminous red stars in some open clusters based on radial velocity measurements" // Interplay of Periodic, Cyclic and Stochastic Variability in Selected Areas of the H-R Diagram. Edited by C. Sterken, ASP Conf. Ser. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific. 2003. V. 292. P. 259-260

3. Sachkov M.E., Glushkova E.V., Rastorguev A.S. "Systematic Spectroscopic

Observations on Small Telescopes: Past and Future Research of Stellar Kinematics" // Small Telescope Astronomy on Global Scales, ASP Conference Series, IAU Colloquium 183. Edited by Bohdan Paczynski, Wen-Ping Chen, and Claudia Lemme. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific, ISBN: 1-58381-084-6,2001. V. 246. P. 327-328

4. Глушкова E.B., Батыршинова B.M., Ибрагимов. "Исследование рассеянного звездног о скопления NGC 6811" // Письма в Астрон. журн. 1999. Т. 25 С. 115-122

5. S.V. Antipin, N.A. Gorynya, ME. Sachkov, N.N. Samus, L.N. Berdnikov, A.S. Rastorguev, E.V. Glushkova. "The Radial Velocity of Double-Mode Cepheid BD -10 4669" // Com. 27 and 42 IAU Inf. Bull, on variable stars. 1999. No. 4718

6. Glushkova E.V., Zabolotskikh M.V., Rastorguev A.S., Uglova I.M., Fedorova A.A., Volchkov A.A. "Absolute Proper Motions of 331 Open Clusters" II on-line catalogue at http://www.sai.msu.su/groups/cluster/cl/pm/ ; http://www.univie.ac.at/webda/elena.html 1998.

7. Горыня H.A., Самусь H.H., Сачков M.E., Расторгуев A.C., Глушкова Е.В., Антипин С.В. "Каталог лучевых скоростей цефеид, измеренных с корреляционным спектрометром в 1995-1998 гг." // Письма в Астрон. журн. 1998. Т. 24. С. 939-942

8. Глушкова Е.В., Углова И.М. "Собственные движения звёзд в поле рассеянного скопления NGC 7963" // Письма в Астрон. журн. 1997. Т. 23. С. 674-682

9. Глушкова Е.В., Заболотских М.В., Расторгуев А.С., Углова И.М., Фёдорова А.А. "Абсолютные собственные движения 181 рассеянного скопления" // Письма в Астрон. журн. 1997. Т. 23. С. 90-97

10. Глушкова Е.В., Заболотских М.В., Расторгуев А.С., Углова И.М., Фёдорова А.А., Волчков А.А. "Абсолютизация собственных движений звёзд в 21 рассеянном скоплении" II Письма в Астрон. журн. 1996. Т. 22. С. 850-857

11. Glushkova E.V., Dambis А.К. "Absolute Proper Motions and Distances of the Young Open Cluster System" // The origins, evolution, and destinies of binary stars in clusters, edited by E. F. Milone and J.-C. Mermilliod. ASP Conference Series. 1996. V. 90.

P. 487-488

12. Глушкова E.B., Мельник A.M. "Абсолютные собственные движения в

рассеянных скоплениях М 39 и Тг 37" II Письма в Астрон. журн. 1993. Т. 19. С. 305-309

13. Глушкова Е.В., Кулагин Ю.В., Расторгуев A.C. "Лучевые скорости звёзд в рассеянных скоплениях NGC 6494, 6694, 6755 и 6819" II Письма в Астрон. журн. 1993. Т. 19. С. 587-592

14. Глуппсова Е.В. "Некоторые замечания о границах применимости метода Сандерса выделения членов скопления" II Астрон. журн. 1991. Т. 68. С. 1190-1196

15. Глушкова Е.В. "Собственные движения звёзд в рассеянном скоплении NGC 7092" И Астрон. журн. 1991. Т. 68. С. 936-941

16. Глушкова Е.В. "Собственные движения звёзд в рассеянном скоплении TR 37" II Письма в Астрон. журн. 1991. Т. 17. С. 513-520

17. Глушкова Е.В., Расторгуев A.C. "Измерение собственных движений и лучевых скоростей звёзд в рассеянном скоплении NGC 6939" // Письма в Астрон. журн. 1991. Т. 17. С. 149-158

18. Глушкова Е.В., Расторгуев A.C. "Лучевые скорости звёзд в рассеянных скоплениях" // Письма в Астрон. журн. 1991. Т. 17. С. 30-42

19. Токовинин A.A., Павловская Е.Д., Каримова Д.К., Расторгуев A.C., Валитова A.M., Глушкова Е.В., Кулагин Ю.В., Павлов М.В., Самусь H.H. "Каталог измерений лучевых скоростей. Каталог собственных движений." 1990. Из-во МГУ, Москва. С. 1-120.

20. Глушкова Е.В., Расторгуев A.C. "Лучевые скорости звёзд в рассеянном скоплении М 67" II Астрон. журн. 1990. Т. 67. С. 1333-1335

Рассеянные скопления н цефеиды

21. Glushkova E.V., Berdnikov L.N., Turner D.G. "Period changes in cluster and association Cepheids" И Mem. Soc. Astron. Italiana. 2006. V.77. P. 127-128

22. Berdnikov L.N., Glushkova E.V., Turner D.G. "Period Changes in Cepheids Belonging to Open Clusters and Associations" // Odessa Astron. Publ. 2005. V. 18.

P. 29-31

23. Berdnikov L.N., Efremov Yu.N., Glushkova E.V., Turner D.G. "Groupings of Population I Objects in the Galaxy"// Odessa Astron. Publ. 2005. V. 18. P. 26-28

24. Glushkova E.V., Berdnikov L.N., 1\imer D.G. "O-C Diagrams for Cepheids in Open Clusters and Associations" // The Light-Time Effect in Astrophysics, Proceedings of ASP Conference Series, held in Brussels 19-22 July 2004. Edited by C. Sterken. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific. 2005. V. 335. P. 303-304

Поиск и открытие новых скоплений

25. E.V. Glushkova «Discovery and investigation of open star clusters in the Milky Way» // Astronomische Nachrichten. 2013. V. 334. P. 843-846

26. Glushkova E. V., Koposov S. V., Zolotukhin I. Yu„ Yadav R. S. "Properties of Star Clusters Found and Investigated by Data from Large Surveys" // Star Clusters in the Era of Large Surveys, Astrophysics and Space Science Proceedings, ISBN 978-3-642-221125. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2012. P. 47-52

27. Zolotukhin I., Glushkova E. "Open Clusters Science in the Virtual Observatory Era" // Star Clusters in the Era of Large Surveys, Astrophysics and Space Science Proceedings, ISBN 978-3-642-22112-5. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2012.

P. 87-92

28. Glushkova E.V., Koposov S.E., Yadav R.S., Zolotukhin I.Yu. "Discovery and Investigation of New Clusters in the Galaxy" // Variable Stars, the Galactic halo and Galaxy Formation, Proceedings of an international conference held in Zvenigorod, Russia, 12-16 October 2009. Published by Sternberg Astronomical Institute of Moscow University, Russia. 2010. P. 169-172

29. E.B. Глушкова, C.E. Колосов, И.Ю. Золотухин, Ю.В. Белецкий, А.Д. Власов,

C.И. Леонова. "Автоматический поиск звёздных скоплений в больших многоцветных обзорах. П. Открытие и исследование РЗС в галактической плоскости" II Письма в Астрон. журн. 2010. Т. 36. С. 83-93

30. Koposov S., Belokurov V., Evans N.W., Hewett P.C., Irwin M.J., Giltnore G„ Zucker

D.B., Rix H.-W., Fellhauer M„ Bell E.F., Glushkova E.V. "The Luminosity Function of

the Milky Way Satellites" // Astrophys. J. 2008. V. 686. P. 279-291

31. Koposov S.E., Glushkova E.V., Zolotukhin I.Yu. "Automated search for Galactic star clusters in large multiband surveys. I. Discovery of 15 new open clusters in the Galactic anticenter region" //Astron. Astrophys. 2008. V. 486. P. 771-777

32. Koposov S., Glushkova E. "Search for and investigation of new open clusters using the data from huge astronomical catalogues" // Mem. Soc. Astron. Italiana. 2006. V. 77. P. 1174

33. Zolotukhin I., Koposov S., Glushkova E. "Search for New Open Clusters in Huge Catalogues" // Astronomical Data Analysis Software and Systems XV ASP Conference Series, Vol. 351, Proceedings of the Conference Held 2-5 October 2005 in San Lorenzo de El Escorial, Spain. Edited by Carlos Gabriel, Christophe Arviset, Daniel Ponz, and Enrique Solano. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific. 2006. P. 240

34. Koposov S., Glushkova E., Zolotukhin I. "Search for and investigation of new stellar clusters using the data from huge stellar catalogues" // Astron. Nachr. 2005. V. 326.

P. 597

Изучение рассеянных скоплений по данным многоцветной фотометрии

35. R.K.S. Yadav, S. Leonova, R. Sagar, E.V. Glushkova. "A multicolour CCD photometric study of Galactic star clusters SAI 63 and SAI 75" // Journal of Astrophysics and Astronomy. 2014. V. 35. No. 2 (June)

36. Glushkova E.V., Zabolotskikh M.V., Koposov S.E., Spiridonova O.I., Leonova S.I., Vlasyuk V.V., Ratorguev A.S. "Photometric study of open clusters Berkeley 96, Berkeley 97, King 12, NGC 7261, NGC 7296 and NGC 7788" // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2013. V. 429. P. 1102-1112

37. Yadav R.K.S., Glushkova E.V., Sariya Devesh Path, Porokhova A.V., Kumar Brijesh, Sagar Ram. "Optical photometric study of the open clusters Koposov 12, Koposov 53 and Koposov 77" // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2011. V. 414. P. 652-658

38. Glushkova E„ Yadav R., Koposov S. "Investigation of star clusters found in the 2mass catalog" // Star clusters: basic galactic building blocks throughout time and space, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium. 2010. V. 266.

P. 402

39. E.B. Глушкова, M.B. Заболотских, С.Е. Колосов, О.И. Спиридонова, В.В. Власюк, А.С. Расторгуев. "Фотометрия малоизученных рассеянных звёздных скоплений Галактики: King 13, King 18, King 19, King 20, NGC 136, NGC 7245" // Письма в Астрон. журн. 2010. Т. 36. С. 16-28

40. Glushkova E.V., Zabolotskikh M.V., Koposov S.E., Spiridonova O.I., Vlasuk V.V., Radtorguev A.S. "Photometry in 6 galactic open star clusters" II VizieR On-line Data Catalog: J/PAZh/36/16.

41. Glushkova E.V., Koposov S.E., Zolotukhin I.Yu., Beletsky Yu.V., Vlasov A.D., Leonova S.I. "SAI Open Clusters Catalog" II VizieR On-line Data Catalog: V/132. Online version at: http.V/ocl.sai.msu.ru/

42. Zabolotskikh M.V., Glushkova E.V., Koposov S.E., Spiridonova O.I., Rastorguev A.S. "The Photometry of Poorly Studied Open Star Clusters in the Milky Way" // FLOWS, BOUNDARIES, INTERACTIONS: Flows, Boundaries, and Interaction Workshop. AIP Conference Proceedings. 2007. V. 934. P. 181-187

43. Glushkova E„ Koposov S. "Investigation of star clusters detected automatically in 2MASS Point Source Catalogue" // Mem. Soc. Astron. Italiana. 2006. V.77. P. 1178

Изучение структуры и кинематики галактического диска

44. Dambis А.К., Glushkova E.V., Mel'nik A.M., Rastorguev A.S. "The Distance scale and the rotation curve of young supergiants and open clusters" // Astron. Astrophys. Trans. 2001. V. 20. P. 161-164

45. Rastorguev A.S., Glushkova E.V., Zabolotskikh M.V., Baumgardt H. "Velocity field of young open clusters and cepheids and the effects of the spiral density wave" // Astron. Astrophys. Trans. 2001. V. 20. P. 103-106

46. Расторгуев A.C., Глушкова E.B., Дамбис A.K., Заболотских M.B. "Статистические параллаксы и кинематические парамеры классических цефеид и молодых рассеянных скоплений" // Письма в Астрон. журн. 1999 Т 25

С. 689-703

47. Glushkova E.V., Dambis A.K., Rastorguev A.S. "Rotation curve of the Milky Way" // Astron. Astrophys. Trans. 1999. V. 18. C. 349-365

48. Glushkova E.V., Dambis A.K., Mel'nik A.M., Rastorguev A.S. "Investigation of the kinematics of young disk populations" // Astron. Astrophys. 1998. V. 329. P. 514-521

49. Rastorguev A.S., Glushkova E.V., Dambis A.K., Zabolotskikh M.V. "Open clusters, cepheids and the problems of distance scale" // Dynamical Studies of Star Clusters and Galaxies, Parallel Meeting P5 of Prospects of Astronomy and Astrophysics for the New Millennium, JENAM98, held in Prague, Czech Rep., Sep. 9-12, 1998, Convenors and Editors of P5: P. Kroupa, J. Palous, and R. Spurzem, ESA Publ. Division, Noordwijk, The Netherlands. 1998. P. 195

50. Glushkova E.V., Uglova I.M. "Kinematics of star complexes within the Sgr-Car arm" // Dynamical Studies of Star Clusters and Galaxies, Parallel Meeting P5 of Prospects of Astronomy and Astrophysics for the New Millennium, JENAM98, held in Prague, Czech Rep., Sep. 9-12, 1998, Convenors and Editors of P5: P. Kroupa, J. Palous, and R. Spurzem, ESA Publ. Division, Noordwijk, The Netherlands. 1998. P. 173

Личный вклад автора. В публикациях, где диссертант указан первым соавтором, ей, как правило, принадлежит постановка задачи и оформление статьи, а также равный со всеми соавторами вклад в работу. Во всех остальных публикациях диссертант, как правило, внес одинаковый со всеми соавторами вклад в выполнение исследования.

Список литературы

Бердников (Berdnikov L.N.) // Astrophysical applications of stellar pulsation. Edited by R. S. Stobie and P.A. Whitelock. ASP Conf. Ser. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific. 1995. V. 83. P. 349.

Вискум и др. (Viskum M., Hernandez M.M., Belmonte J.A. et al.) // Astron. Astrophys. 1997. V. 328. P. 158.

Гуляев А.П., Нестеров B.B. (ред.) // О четырёхмиллионном каталоге звёзд. М.: Изд-воМГУ. 1992. С. 1.

Диас и др. (Dias W.S., Alessi B.S., Moitinho A., Lepine J.R.D.) // Astron. Astrophys. 2002. V. 389. P. 871.

Карделли и др. (Cardelli J.A., Clayton G.C., Mathis J.S.) // Astrophys. J. 1989. V. 345. P. 245.

Мермийо (Mermilliod J.-C.)// Bull. Inform. CDS. 1992. V. 40. P. 115.

Нетопил и др. (Netopil M., Paunzen E., Maitzen H.M. et al.) II Astron. Nachr. 2005. V.

326. P. 734.

Пискунов и др. (Piskunov A.E., Kharchenko N.V., Roser S„ Schiibach E., Scholz R.-

D) // Astron. Astrophys. 2006. V. 445. P. 545.

Сурдин В.Г. II "Рождение звезд". Москва. УРСС. 1997. С. 1.

Шепли (Shapley Н.) // Contrib. Mount Wilson Solar Obs. 1916. V. 116. P. 1.

Подписано в печать 23.06.2014г., Тираж 100 экз., Заказ № 623 Отпечатано в типографии «Википринт» (ИП Журавлев Д.Ю.) 115487, Москва, ул.Нагатинская, д.28, корпус 2; +7 (495) 971-64-33 www.art-bear.ru

Текст научной работы диссертации и автореферата по астрономии, доктора физико-математических наук, Глушкова, Елена Вячеславовна, Москва

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

имени П.К. ШТЕРНБЕРГА

05201451359 На правах рукописи

УДК 524.3, 524.4, 524.6

Глушкова Елена Вячеславовна

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕЯННЫХ ЗВЁЗДНЫХ

СКОПЛЕНИЙ ГАЛАКТИКИ

Специальность 01.03.02 - астрофизика и звёздная астрономия

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2014

Оглавление

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

Глава 1. Собственные движения и лучевые скорости РЗС..................................................................19

1.1. Абсолютные собственные движения..........................................................................................19

1.1.1 Абсолютизация собственных движений звёзд в 21 рассеянном скоплении.....................20

1.1.2 Оценка ошибок каталога 4М...............................................................................................27

1.1.3 Оценка параметров кривой вращения по собственным движениям 21 РЗС....................28

1.1.4 Абсолютные собственные движения 181 молодого скопления.........................................28

1.1.5 Кривая вращения подсистемы молодых рассеянных скоплений......................................37

1.1.6 Каталог абсолютных собственных движений РЗС.............................................................38

1.1.7 Членство звёзд в скоплениях...............................................................................................39

1.2 Лучевые скорости.......................................................................................................................40

1.2.1 Каталог лучевых скоростей рассеянных скоплений..........................................................40

1.2.2 Лучевые скорости скоплений NGC 6494, NGC 6694, NGC 6755 и NGC 6819................42

1.2.3 Исследование рассеянного звёздного скопления NGC 6811............................................48

1.2.4 Красные гиганты в поле NGC 1817.....................................................................................58

1.2.5 Переменность лучевых скоростей ярких красных звёзд в РЗС........................................64

Глава 2. Рассеянные скопления и цефеиды..........................................................................................66

2.1 Исследование изменяемости периодов цефеид, входящих в состав рассеянных скоплений и ассоциаций.........................................................................................................................................67

2.2 Распределение цефеид, рассеянных скоплений и ассоциаций в Галактике...........................73

Глава 3. Поиск и открытие новых скоплений.......................................................................................77

3.1 Появление больших обзоров неба и первые работы по поиску новых скоплений..................77

3.2 Открытие новых звёздных скоплений в ГАИШ МГУ...............................................................79

3.2.1 Программа автоматического поиска звёздных скоплений...............................................80

3.2.2 Приложение разработанного метода к данным обзора 2MASS.......................................84

3.2.3 Результаты исследования области антицентра Галактики...............................................88

3.2.4 Открытие и исследование РЗС в галактической плоскости.............................................99

3.3 Интернет-каталог физических параметров РЗС......................................................................110

Глава 4. Изучение рассеянных скоплений по данным многоцветной фотометрии.........................114

4.1 Фотометрическое исследование РЗС в направлении рукава Персея.....................................114

4.1.1 Скопления King 13, King 18, King 19, King 20, NGC 136 и NGC 7245...........................114

Наблюдения и обработка данных..........................................................................................116

Результаты исследования скоплений....................................................................................121

4.1.2 Скопления Be 96, Be 97, King 12, NGC 7261, NGC 7296 и NGC 7788............................128

Получение данных ПЗС фотометрии в поле скоплений.....................................................129

Физические параметры РЗС...................................................................................................133

Изучение функции масс скоплений......................................................................................139

4.2 Оптическая фотометрия скоплений, открытых по обзору 2MASS ....................................142

4.2.1 Скопления Koposov 12, Koposov 53 и Koposov 77...........................................................142

Наблюдения и обработка данных..........................................................................................143

Определение параметров скоплений....................................................................................146

4.2.2 Скопления SAI 63 и SAI 75...............................................................................................155

Глава 5. Исследование структуры и кинематики молодого населения галактического диска......158

5.1 Анализ кривой вращения Галактики и параметры солнечного апекса..................................158

5.1.1 Использованные данные.....................................................................................................159

Расстояния до объектов.........................................................................................................160

Лучевые скорости...................................................................................................................161

Собственные движения..........................................................................................................162

5.1.2 Модель галактического вращения .............................................................................162

5.1.3 Определение расстояния до центра Галактики................................................................165

5.1.4 Результаты анализа.............................................................................................................166

5.2 Статистические параллаксы и кинематические параметры классических цефеид и молодых рассеянных скоплений.....................................................................................................................171

5.2.1 Метод анализа....................................................................................................................173

5.2.2 Учет движения Солнца и дифференциального вращения выборки.............................175

5.2.3 Преобразование координат, скоростей и тензора ковариации.......................................177

5.2.4 Распределение остаточных скоростей и функция правдоподобия................................179

5.2.5 Наблюдательный материал и вычисления........................................................................180

Классические цефеиды..........................................................................................................180

Молодые рассеянные скопления...........................................................................................182

5.2.6 Обсуждение результатов...................................................................................................190

5.3 Сравнение полученных нами результатов с современными...................................................192

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................................................194

ЛИТЕРАТУРА......................................................................................................................................200

Введение

Рассеянные звёздные скопления - это, пожалуй, самые подходящие и наиболее "информативные" объекты для исследования нашей Галактики. С точки зрения современных представлений о звездообразовании скопления - это "кирпичики", из которых построена не только наша Галактика (или, как её часто называют, Млечный Путь), но и другие звёздные системы. Почти все звёзды рождаются в группах, которые сначала наблюдаются как концентрации звезд, погружённые в туманности, т.е. в родительские газо-пылевые облака (embedded clusters). По мере эволюции такие объекты превращаются, в зависимости от начальных условий, либо в гравитационно-связанные скопления, либо в несвязанные ассоциации звёзд, которые распадаются через несколько миллионов лет. Звездные скопления принято делить на рассеянные (РЗС) и шаровые (ШЗС) в зависимости от массы и размера. К настоящему моменту подсистемы скоплений открыты и, в разной степени, изучены в нескольких сотнях галактик (Уитмор, 2003; Ларсен, 2006). Многие-исследователи внегалактических звёздных скоплений полагают, что разделение изучаемых объектов на рассеянные и шаровые утратило смысл, так как во множестве галактик обнаружены подсистемы скоплений, которые по внешнему виду и массе подобны ШЗС Млечного Пути, но по возрасту и химическому составу похожи на РЗС нашей Галактики.

Исследования, о которых пойдёт речь в настоящей работе, касаются только галактических объектов, где граница между РЗС и ШЗС хорошо заметна: две подсистемы различаются, прежде всего, своим пространственным распределением в Галактике, возрастом и содержанием тяжёлых элементов, а также массой, размерами, кинематическими параметрами. Связано это с тем, что в современную эпоху в Галактике практически не образуется скоплений звёзд с массами, превышающими 105 солнечных, хотя недавно было открыто несколько довольно массивных (около Ю4 масс Солнца) молодых объектов, которые сейчас активно изучаются с ИК-диапазоне (например, Галван-Мадрид, Лиу, 2014).

Актуальность темы. Подсистема рассеянных скоплений Млечного Пути отслеживает дисковую составляющую Галактики и является наиболее подходящим объектом для изучения её структуры, кинематики, химической и динамической эволюции. Это связано с тем, что все физические параметры: расстояние, возраст, избыток цвета, химический состав, лучевая скорость и собственное движение для скоплений определяются намного точнее, чем для одиночных звёзд. В первую очередь, это обусловлено большой статистикой, но, кроме того, такие характеристики, как возраст, расстояние и поглощение в направлении на

скопление, определяются методом совмещения главных последовательностей (ГП) скоплений с теоретическими изохронами и/или эмпирической начальной главной последовательностью (НГП) на диаграммах "цвет-величина" и двухцветных диаграммах, которые имеют характерные для скоплений особенности (например, "red clump" - сгущение звёзд у основания ветви красных гигантов). Такие особенности облегчают процесс совмещения изохрон с ГП скоплений и увеличивают точность измерения их физических характеристик. Поэтому подсистему РЗС используют для определения расстояния до центра Галактики, положения Солнца над галактической плоскостью и шкалы высот в диске, для изучения распределения газо-пылевой материи в Млечном Пути, расположения спиральных рукавов и определения скорости вращения спирального узора, для построения кривой вращения и т.д.

скопления (включая обработку изображений, определение величин индивидуальных звёзд в нескольких полосах пропускания, построение диаграмм "цвет-величина" и двухцветных диаграмм скопления и наложения на них НГП и теоретических изохрон) может занимать всего несколько часов. Однако, для изучения свойств галактического диска необходим однородный каталог физических параметров РЗС. Точность ПЗС-фотометрии звёзд в скоплениях может на порядок превышать точность фотоэлектрических измерений, но систематические ошибки, возникающие при обработке данных, особенно при автоматическом нахождении величин звёзд, как это часто делается в больших обзорах неба, могут на порядок превосходить внутренние ошибки ПЗС-фотометрии. Поэтому, когда мы наносим на одну и ту же диаграмму величины и показатели цвета из работ разных авторов, то отличие в положении ГП скопления по разным данным может достигать 0.5т, что приводит к ошибке в расстоянии порядка 20%. Эта проблема широко известна, поэтому, например, при исследовании скоплений по данным обзора SDSS (Sloan Digital Sky Survey) часть авторов сначала заново обрабатывает исходные изображения и самостоятельно определяет величины звёзд в разных фильтрах.

Исследование Галактики с помощью подсистемы РЗС, кроме преимуществ, имеет и ряд трудностей. Рассеянные скопления, особенно молодые, с возрастом менее Ю7 лет, концентрируются к галактической плоскости вместе с поглощающим излучение газо-пылевым веществом. Это не только затрудняет исследование известных скоплений, но и искажает наши общие представления о подсистеме РЗС из-за эффекта селекции. Ведь в первую очередь были открыты и изучены молодые массивные объекты, а небольшие слабоконцентрированные скопления остались незамеченными либо из-за плотного фона звёзд поля, либо из-за сильного поглощения.

и др., 2006 ), в нашей Галактике должно быть порядка 100 ООО РЗС. Поэтому ещё одной актуальной задачей является поиск, открытие и исследование новых скоплений в Галактике. Появление больших обзоров неба, особенно выполненных в инфракрасном диапазоне, где степень поглощения излучения меньше, вызвало всплеск интереса к решению этой задачи, в том числе и у нашей научной группы.

Цель работы. Настоящая работа посвящена всестороннему изучению популяции рассеянных звёздных скоплений, представляющих собой характерное население галактического диска. Исследуются как кинематические и физические характеристики отдельных рассеянных скоплений (собственные движения, лучевые скорости, размеры, возрасты, расстояния, избытки цвета в направлении на скопления), так и подсистема РЗС в целом (определяются параметры движения Солнца и кривой вращения Галактики по данным о молодых скоплениях). Проводится поиск и верификация новых звёздных скоплений в Галактике с помощью инфракрасного обзора неба. Изучаются характеристики цефеид, являющихся членами РЗС.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; включает в себя 40 таблиц и 80 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 241 публикацию. Результаты, представленные в диссертации, получены на протяжении последних 20 лет и отражены в 50 публикациях. Каждая глава представляет собой отдельное независимое исследование и включает в себя небольшой обзор поставленной задачи. Общий объем диссертации составляет 209 страниц.

В первой главе исследованы кинематические характеристики большой выборки рассеянных скоплений. Получены средние собственные движения и лучевые скорости скоплений, как по опубликованным данным, так и по выполненным нами высокоточным измерениям отдельных звёзд. На основе кинематического и фотометрического критериев выделены звёзды, принадлежащие к скоплениям, уточнены размеры некоторых скоплений. Создан каталог собственных движений и лучевых скоростей РЗС и список звёзд — членов скоплений.

Вторая глава посвящена изучению РЗС, содержащих цефеиды. По фотометрическим данным, опубликованным за последние 150 лет, изучена изменяемость периодов цефеид и уточнена их стадия эволюции. Изучено пространственное распределение комплексов цефеид по отношению к группировкам рассеянных скоплений и ОД-ассоциаций.

В третьей главе описывается новый автоматический метод поиска скоплений звёзд по данным из больших фотометрических обзоров неба. Результатом применения этого метода к каталогу 2МА88 (Скрутски и др., 2006) стало открытие более полутора сотен новых рассеянных скоплений. Для

подтверждения реальности скоплений как физически связанных группировок звёзд был разработан новый метод, учитывающий концентрацию звёзд к центру скопления и вид диаграммы Хесса, которая представляет собой разность нормированных и сглаженных диаграмм "цв