Наблюдательное исследование кандидатов в галактики с полярными кольцами тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Введение

1 Методика фотометрического и спектрального исследования протяженных объектов

1.1 Наблюдения.'.

1.2 Первичные редукции ПЗС-изображений.

1.3 Поверхностная фотометрия галактик.

1.3.1 Учет фона неба

1.3.2 Определение инструментальных звездных величин.

1.3.3 Приведение к стандартной фотометрической системе

1.3.4 Редукции за поглощение в нашей Галактике и красное смещение

1.3.5 Точность поверхностной фотометрии.

1.3.6 Представление результатов поверхностной фотометрии.

1.4 Звездная фотометрия.

1.4.1 Апертурная фотометрия.

1.4.2 РЭР-фотометрия.

1.5 Спектральное исследование кинематики газа в галактиках.

1.5.1 Редукции спектральных наблюдений

1.5.2 Кривые вращения.

2 Галактики с полярными кольцами

2.1 Обзор наблюдательных данных о галактиках с полярными кольцами

2.1.1 Введение

2.1.2 Каталог ГПК (КГПК).

2.1.3 Основные характеристики классических ГПК.

2.1.4 Механизмы возникновения ГПК.

2.2 Фотометрическое и спектральное исследование галактики с полярным кольцом UGC

2.2.1 Введение.

2.2.2 Результаты наблюдений и обсуждение.

2.3.2 Наблюдательные данные.84

2.3.3 Результаты наблюдений и обсуждение.85

3 Кандидаты в галактики с полярными кольцами 94

3.1 Изучение объекта ZGC 2315+03, кандидата в галактики с полярными кольцами .94

3.1.1 Введение.94

3.1.2 Результаты наблюдений.97

3.1.3 Анализ наблюдательных данных и обсуждение.108

3.1.4 Заключение.111

3.2 Фотометрическое изучение пекулярной галактики UGC 4332 .112

3.2.1 Введение .112

3.2.2 Результаты наблюдений.114

3.2.3 Обсуждение результатов и выводы.125

Заключение 127

Благодарности 129

Введение

В начале 20-х годов прошлого столетия в обсерватории Маунт Вилсон вступил в строй крупнейший по тем временам телескоп с диаметром зеркала 2.5 м. Эдвин Хаббл по фотографиям, полученным на этом телескопе, разложил на звезды периферию туманности Андромеды, туманность в Треугольнике и некоторые другие туманности. Он обнаружил там цефеиды и определил расстояния до них, доказав, тем самым, внегалактическую природу спиральных туманностей.

До начала 70-х годов XX века галактики как правило рассматривались как изолированные объекты, без какого-либо учета их влияния друг на друга. Однако, начиная с классической работы братьев Тумре [85], в которой было показано, что многие особенности пекулярных галактик могут быть объяснены гравитационным взаимодействием, было осознано, что важнейшую роль в эволюции галактик играет взаимодействие между ними. Среднее расстояние между галактиками в скоплениях примерно всего в 10 раз превышает размер типичной галактики, поэтому столкновения между такимим объектами — частое событие. Оно может приводить к кардинальному изменению динамики звезд и межзвездной среды в галактиках. При этом естественно основную роль играют не парные столкновения звезд, а гравитационное воздействие на отдельные звезды возмущающего объекта (пролетающей галактики) в целом. Результат столкновения во многом определяется величиной относительной скорости галактик. Так, в группах галактик с небольшим числом членов их скорости сравнительно малы, поэтому взаимодействие часто приводит к слиянию объектов. В больших группах галактики двигаются быстрее, что препятствует их слиянию, но может привести к возникновению различных особенностей.

Исследование взаимодействующих галактик в настоящее время является одним из быстро развивающихся направлений внегалактичесой астрономии. Гравитационное взаимодействие между галактиками не только влияет на ход их эволюции, но и изменяет их фундаментальные характеристики, такие как морфологический тип, светимость, размеры, распределение массы. Наблюдаемыми проявлениями взаимодействия являются асимметрия распределения поверхностной яркости; пекулярности показателей цвета, свидетельствующие о вспышках звездообразования; наличие хвостов и перемычек; искривление плоскостей дисков; наличие вращающихся под разными углами к плоскости галактики подсистем газа. Поэтому изучение галактик с разными типами пекуляр-ностей может дать сведения о характере взаимодействия и эволюции галактических систем.

Среди взаимодействующих систем галактики с полярными кольцами (далее ГПК) занимают особое место, поскольку возникновение их — это результат либо тесного сближения галактик, либо слияния [93]. Существование галактик с кольцом или диском, состоящим из газа, пыли и звезд и вращающимся в плоскости, примерно перпендикулярной большой оси главного тела галактики, открывает новые возможности для изучения кинематики и эволюции галактик. А уникальная геометрия ГПК позволяет тестировать трехмерную форму потенциала центральной галактики. Поэтому актуальность изучения этих объектов не вызывает сомнений.

Цели работы

Целями данной диссертационной работы являются:

1. Получение новых фотометрических и спектральных данных для некоторых галактик из "Каталога галактик с полярными кольцами и возможных кандидатов в такие галактики" [93] (КГПК) с целью уточнения их принадлежности к классу ГПК.

2. Разрешение на звезды полярного кольца галактики NGC 4650А для изучения его звездного населения.

3. Уточнение основных характеристик и особенностей ГПК. Научная новизна

Для 3 галактик из КГПК были получены ПЗС-снимки на б-м телескопе Специальной Астрофизической обсерватории Российской Академии Наук (CAO РАН). Они позволили провести детальную многоцветную фотометрию этих объектов. Столь детальное фотометрическое исследование этих галактик было проведено впервые.

На основании спектральных наблюдений со спектрографом с длинной щелью для объекта ZGC 2315+03 впервые были получены кривые лучевых скоростей при разных положениях щели и построены кривые вращения компонент.

Впервые полярное кольцо галактики NGC 4650А было разрешено на звезды и выполнена многоцветная фотометрия ~ 450 звездообразных объектов. На основании этих данных был сделан вывод о наличии в кольце молодых недавно образовавшихся звезд и примерно оценен возраст последней вспышки звездообразования. Впервые было показано, что:

• UGC 5600 является спиральной галактикой позднего типа с внутренним полярным кольцом.

• Галактики UGC 4332 и ZGC 2315+03 ошибочно включены в каталог ГПК: UGC 4332 — это спиральная галактика с мощным балджем, видимая с ребра. Объект ZGC 2315+03 является результатом проекции одной галактики на другую.

Научная и практическая ценность работы

На основании фотометрического и спектрального исследования удалось показать, что среди возможных кандидатов в ГПК есть случайные объекты, несмотря на то, что по внешним признакам они очень похожи на ГПК. Поэтому для окончательного заключения о принадлежности галактики к этому классу необходим очень тщательный анализ наблюдательных данных.

Поскольку "классических" ГПК известно не так много, то надежное обнаружение новой галактики этого типа представляет большой интерес. Нами было показано, что у галактики UGC 5600 безусловно существует полярное кольцо. При этом сама галактика оказалась не раннего типа, как большинство ГПК, а скорее всего галактикой типа Sed, что всего лишь второй случай (после NGC 660) наличия полярного кольца у спиральной галактики. Этот факт следует учитывать при моделировании возникновения и эволюции ГПК.

Разрешение полярного кольца галактики NGC 4650А на звезды и обнаружение в нем большого числа молодых голубых звезд является прямым наблюдательным свидетельством недавней вспышки звездообразования в кольце.

Апробация работы

Основные результаты диссертации изложены в 4-х печатных работах. Они докладывались на конференциях:

1. "Астрофизика на рубеже веков" (Пущино, Россия 17-22 мая 1999г.);

2. "Актуальные проблемы внегалактической астрономии" (Пущино, Россия 12-14 апреля 2000г.);

3. JEN AM - 2000 (Moscow, Russia May 29 - June 3, 2000), а также на семинаре АИ СПбГУ. Краткое содержание работы

Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 98 наименований, и 1 приложения. Общий объем диссертации (без приложения) 139 страниц, в том числе 42 рисунка и 19 таблиц. Представленная диссертация является результатом работ, выполненных в 1994-2001 гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ128

6. В отношении галактики UGC 4332 было установлено, что она не относится к галактикам с полярным кольцом. По-видимому, это спиральная галактика с мощным балджем, видимая с ребра. Пересекающая её темная полоса состоит из пыли, свойства которой близки к свойствам пыли в нашей Галактике.

7. На основании анализа диаграмм "цвет-звездная величина" и "цвет-цвет", построенных для звездообразных объектов полярного кольца галактики NGC 4650А установлено, что большая часть голубых объектов в интервале показателей цвета —0^35 < В —1С < 0?8 — это молодые голубые звезды, являющиеся надежными индикаторами недавних вспышек звездообразования. Принимая во внимание малое число кандидатов в красные сверхгиганты, был сделан вывод о том, что последняя вспышка звездообразования произошла не более десяти миллионов лет назад.

Благодарности

В заключение хочу выразить благодарности всем, кто способствовал выполнению этой работы:

• моим Учителям и Наставникам — В.А.Яковлевой и В.А.Гаген-Торну, за руководство и постоянное внимание к работе;

• сотрудникам лаборатории «Наблюдательная Астрофизика» НИАИ СПбГУ, в особенности И.О. Дроздовскому за огромную помощь и поддержку при выполнении всех моих работ, а также В.П.Решетникову за внимательное прочтение диссертации и ценные замечания;

• сотрудникам лаборатории «ЛИКС» (CAO РАН) и ответственному наблюдателю на спектрографе UAGS А.Н.Буренкову за помощь при получении большей части наблюдательных данных.

Я благодарна также моим родителям и сыну, которые создали мне благоприятные условия для ведения научной работы.

1. Arp H.C. 1966 Atlas of Peculiar Galaxies, California 1.stitute of Technology, Pasadena

2. Arnaboldi M., Capaccioli M., Capellaro E., Held V.E., Sparke L. 1993 A&A 267, 21

3. Arnaboldi M., Capaccioli M., Barbara G., Buson L.M., Longo G. 1993 A&A 268, 103

4. Arnaboldi M., Oosterloo T., Combes F., Freeman K.C., Koribalski B. 1997 AJ 113, 2

5. Bekki K. 1997 ApJ. 490, L37

6. Bekki K. 1998 ApJ. 499, 635

7. Boselli A., Gavazzi G. 1994 A&A 283, 12

8. Bresolin F., Kennicutt R.C., 1997 AJ 113, 975

9. Brocca C., Bettoni D., Galletta G. 1997 A&A 326, 907

10. Buta R., Mitra S., de Vaucouleurs G., Corwin H.G. 1994 AJ 107, 118

11. Buta R., Corwin H.G.,de Vaucouleurs G., de Vaucouleurs A., Longo G. 1995 AJ 109, 517

12. Buta R., Williams K.L. 1995 AJ 109, ,543

13. Burbidge G.R., Gould R.J., Pottash S.R. 1963 ApJ. 138, 945

14. Byun Y.I., Freeman K.C., Kylafis N.D. 1994 ApJ. 432, 114

15. Capaccioli M.& de Vaucouleurs G. 1983 ApJ.SS 52, 465

16. Comb F., Arnaboldi M. 1996 A&A 305, 763

17. Chrisodoulou D., Katz N., Rix H.-W., Habe A. 1992 ApJ. 395, 113

18. Eskridge P.B., Pogge R.W.1997 ApJ. 486, 259

19. Eskridge P.B., Pogge R.W. 1998 astro-ph/9808169

20. Folkes S., Ronen S., Price I., Lahav 0., et al. 2000 MNRAS 1, 1

21. Freedman W.L. 1985 ApJ. 299, 74

22. Fruchter A.S., Hook R.N. 2001 in press, astro-ph/9808087

23. Galleta G., Sage L.J., Sparke L.S. 1997 MNRAS 284, 773

24. Gavazzi G., Trinchieri G., Boselli A. 1990 A&ASS 86, 109

25. Gavazzi G., Garilli В., Carrasco L. et al. 1994 A&ASS 104, 271

26. Gavazzi G., et al 1996 A&ASS 120, 489

27. Gullixson C.A. 1992 Astronomical CCD Observing and Reduction Techniques, ed. Howell S.B., ASP Conference Series 23 130

28. Hewitt A., Burbidge G. 1991 ApJ.SS 75, 297

29. Holtzman J.,Burrows C. et al. 1995 PASP 107, 1065

30. IRAS Catalogs and Atlases, Point Sourse Catalog 1989 Washington DC, US Government Printing Office

31. Засов A.B. 1993 Физика галактик, МГУ

32. Каплан С.А.,Пикельнер C.B. 1979 Физика межзвездной среды, Наука

33. Katz N. 1992 PASP 104, 852

34. Katz N., Rix H.-W. 1992 ApJ. 389, L55

35. Karachentsev I.D. Catalogue of pair of galaxies 1987

36. Kent S.M. 1985 ApJ.SS 59, 115

37. Knapen J.H., Hes R., Beckman J.E., Peletier R.F. 1991 ApJ. 241, 42

38. Kormendy J. 1977 ApJ. 217, 406

39. Landolt A.U. 1992 AJ 104, 340

40. Laustsen S., West R.M. 1980 A&A 1, 177

41. Липовецкий В.А., Неизвестный С.И., Неизвестная О.М. 1987 Сообщ.САО 55, 5

42. Li J.G., Seaquist E.R. 1994 AJ 107, 1953

43. Malkan M.A., Gorjian V., Tarn R. 1998 ApJ. 117, 25

44. Midas Users Guide, 1992 Release 98NOV, ESO

45. Morishima Т., Saio H. 1995 ApJ. 450, 70

46. Nilsson P.1973 Uppsala General Catalogue of Galaxies Uppsala Obs. Ann. 6 1

47. Okamura S. 1988 PASP 100, 524

48. Pence W. 1976 ApJ. 203, 39

49. Макаров В.В.,Решетников В.П.,Яковлева В.А. 1989 Астрофизика 30, 15

50. Reshetnikov V.P., Hagen-Thorn V.A., Yakovleva V.A. 1993 A&A 278, 351

51. Reshetnikov V.P., Hagen-Thorn V.A., Yakovleva V.A. 1994 A&A 290, 693

52. Reshetnikov V.P., Hagen-Thorn V.A., Yakovleva V.A. 1995 A&A 303, 398

53. Reshetnikov V.P., Hagen-Thorn V.A., Yakovleva V.A. 1996 A&A 314, 729

54. Гаген-Торн В.А, Решетников В.П., Яковлева В.А. 1998 АЖ 73, 36

55. Решетников В.П., Гаген-Торн В.А, Яковлева В.А. 1998 АЖ 75, 300

56. Reshetnikov V.P., Combes F. 1994 A&A 291, 57

57. Reshetnikov V.P., Sotnikova N. 1997 A&A 325, 933

58. Richter O.R., Sackett P.D., Sparke L.S. 1994 AJ 107, 99

59. Sackett P.D., Sparke L.S. 1990 ApJ. 361, 408

60. Sackett P.D. 1991 Warped Disks and Inclined Rings around Galaxies,eds. Casertano S. et al.(Cambridge: Cambridge Univ. Press), 111

61. Sackett P.D., Jarvis B.J., Freeman K.C. 1994 ApJ. 436, 629

62. Salpeter E.E., Dickey J.M. 1987 ApJ. 317, 102

63. Sandage A.R. 1961 The Hubble Atlas of Galaxies, Washington

64. Sandage A. 1968 ApJ. 152, L149

65. Sandage A., Tammann G.A. 1974 ApJ. 190, 525

66. Sarzi M., Corsini E.M., Pizzella A., Vega Beitran J.C., Cappellari M., Funes J.G., Bertola F. 2000 A&A 360, 439

67. Schechter P.L., Gunn J.E. 1978 AJ 83, 1360

68. Schechter P.L., Ulrich M.- E., Boksenberg A. 1984 ApJ. 277, 526

69. Schechter P.L., Huchra J.P., Tonry J.L. 1993 PA SP 105, 1470

70. Schlegel D.J., Finkbeiner D.P., Davis M. 1998 ApJ. 500, 525

71. Schweizer F., Whitmore B.C., Rubin V.C. 1983 AJ 88, 909

72. Sersic J.L. 1967 Zs. Ap. 67 306

73. Sersic J.L., Aguero E.L. 1972 Ap.Space Sei. 19 387

74. Simien F., de Vaucouleurs G. 1986 ApJ. 302, 564

75. Shane W.W. 1980 A&A 82, 314

76. Сотникова H.Я. 1996 Астрофизика 39, 259

77. Афанасьев B.JL, Буренков А.Н., Власюк В.В., Драбек C.B. 1995 Светосильный спектрограф первичного фокуса 6-м телескопа. Руководство пользователя, CAO РАН

78. Stetson P.B. 1998 PASP 110, 1448

79. Toomre A., Toomre J. 1972 ApJ. 178, 623

80. Toomre A. 1977 The Evolution of Galaxies and Stellar Populaions eds. Larson R.B. and Tinsley B.M.(Yale University Observatory, New Haven, p.401

81. Ulrich M.- E. 1975 PASP 87, 96588. van Driel W., Combes F., Casoli F. et al. 1995 AJ 109, 94289. van Driel W., Arnaboldi M., Combes F., Sparke L.S. 2000 A&ASS 141, 385

82. Vorontsov-Velyaminov B.A. 1977 A&ASS 28, 1

83. Whitmore B.C.,Schweizer F.,Rubin V.C. 1982 Bull. AAS 250,43

84. Whitmore B.C.,McElroy D.B.,Schweizer F. 1987 ApJ. 314,439

85. Whitmore B.C., Lucas R.A., McElroy D.B., Steiman-Cameron T.Y.,Sackett P.D., Oiling R.P, 1990 AJ 100, 1489

86. Whitmore B.C.1991 Warped Disks and Inclined Rings around Galaxies,ed. Casertano S. et al.(Cambridge: Cambridge Univ. Press), 60

87. Zwicky F., Herzog E., Karpowicz M., Kowal С.T. 1961-1968 Catalogue of Galaxies and Clusters of Galaxies: I-VI Publ.: California Institute of Technology, Pasadena, CA