Население рассеянных звездных скоплений Галактики

Гожа, Марина Львовна

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

Гожа, Марина Львовна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ростов-на-Дону МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

01.03.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по астрономии на тему «Население рассеянных звездных скоплений Галактики»

Автореферат диссертации на тему "Население рассеянных звездных скоплений Галактики"

На правах рукописи

Гожа Марина Львовна

НАСЕЛЕНИЕ РАССЕЯННЫХ ЗВЕЗДНЫХ СКОПЛЕНИЙ ГАЛАКТИКИ

01.03.02 - астрофизика и звездная астрономия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

005546027 Ш,АР™

Санкт-Петербург - 2014

005546027

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет».

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор МАРСАКОВ Владимир Андреевич

Официальные оппоненты:

ДАМБИС Андрей Карлович,

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звезд Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»;

ОСИПКОВ Леонид Петрович,

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры космических технологий и прикладной астродинамики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет».

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт астрономии Российской академии наук.

Защита диссертации состоится 11 апреля 2014 г. в 11 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.120.01 Главной (Пулковской) астрономической обсерватории Российской академии наук (ГАО РАН) по адресу: 196140, г. Санкт-Петербург, Пулковское шоссе, дом 65. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАО РАН.

Автореферат разослан И марта 2014 г.

Милецкий Евгений Викторович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Согласно современным представлениям считается, что звезды не рождаются в одиночку. Значительная их часть формируется в составе скоплений. Со временем скопления испаряются или разрушаются из-за взаимодействия со спиральными волнами плотности, молекулярными облаками или с другими неоднородностями гравитационного потенциала Галактики. В результате их звезды становятся частью общего звездного населения. Некоторые авторы полагают, что от 10 % до 40 % звезд поля были в свое время членами рассеянных скоплений (см. [1] и ссылки в ней). Рассеянные скопления, таким образом, - одни из основных звездных составляющих в Галактике.

Рассеянные звездные скопления могут использоваться в качестве основного источника информации для решения широкого круга вопросов о строении и эволюции нашей Галактики. Рассеянные звездные скопления традиционно считаются типичными представителями тонкого диска Галактики и используются для анализа различных аспектов, относящихся к структуре, химическому составу, динамике, формированию и эволюции этой подсистемы. При этом изучение наиболее молодых рассеянных скоплений позволяет лучше понять механизмы звездообразования и оценить характер распределения содержаний тяжелых элементов в диске Галактики. Анализ свойств более старых рассеянных скоплений важен для тестирования моделей звездной эволюции, объяснения процессов разрушения и условий выживания рассеянных скоплений, отслеживания кинематической и химической эволюции галактического диска. Знание свойств скоплений может помочь прояснить взаимосвязь этих объектов с другими населениями Галактики. Кроме того, понимание свойств рассеянных скоплений нашей Галактики весьма актуально и для внегалактической астрономии.

В последнее время рассеянные скопления перестают считать однородным населением, то есть образовавшимися исключительно из межзвездного вещества, генетически связанного с предыдущими поколениями звезд тонкого диска. Так, еще более двух десятилетий назад в работе [2] было показано, что на диаграмме «возраст - металличность» звезды поля тонкого диска и рассеянные скопления занимают слабо перекрывающиеся области, и при одинаковом возрасте скопления в среднем являются менее металличными. В итоге оказалось, что даже в настоящее время очень интенсивно образуются малометалличные ([Fe/H] < -0.2) рассеянные скопления, тогда как звезды поля с такой металличностью сейчас практически не рождаются. В результате был сделан вывод: «избыток малометалличных скоплений, скорее всего, результат падения на диск бедного металлами газа и следующей за этим вспышки звездообразования (например, в результате взаимодействия с Магеллановым потоком)».

Большинство исследователей не находят зависимости между возрастом и металличностью для рассеянных скоплений. Однако металличность зависит от положения скопления в плоскости Галактики. В отличие от звезд поля, показывающих монотонный радиальный градиент металличности, рассеянные скопления демонстрируют скачок или изменение наклона градиента в районе 10 кпк от центра Галактики (например, [3, 4]). Такое поведение градиента металличности обычно связывают с аккрецией вещества на внешний диск.

При изучении орбитальных параметров и металличностей в работах [5, 6] были обнаружены рассеянные скопления с высокими вытянутыми галактическими орбитами и низкими металличностями, более характерными для объектов толстого диска. В работе [6] авторы предполагают «необычное» происхождение таких скоплений за счет взаимодействия высокоскоростных облаков, вещества галактик-спутников и шаровых скоплений с межзвездным веществом галактического диска.

Представляет отдельный интерес исследование наиболее молодых (с возрастом до 50 млн. лет) рассеянных скоплений. Такие скопления

расположены в настоящее время недалеко от мест их рождения. Известна принадлежность молодых скоплений спиральным рукавам Галактики и большим группировкам молодых звезд - звездным комплексам. Интересно проверить, является ли население молодых скоплений однородным по металличности, кинематике и другим параметрам, а также каким образом молодые скопления с отличающимися характеристиками пространственно распределены в пределах звездных комплексов. Значения параметров молодых скоплений уместно сравнивать с аналогичными характеристиками классических цефеид, которые также представляют собой молодые объекты.

Рассеянные звездные скопления распределены в пространстве неравномерно. Существуют области пространства, в которых объемная плотность скоплений существенно меньше средней. К таким областям относятся, в частности, внутренние зоны некоторых сверхпузырей. Сверхпузыри - объекты межзвездного пространства размерами в сотни парсеков, заполненные горячим разреженным газом. Некоторые авторы (например, [7, 8]) считают, что отсутствие скоплений внутри оболочечных структур характерно и для других галактик. Представляется интересным рассмотреть пространственное распределение рассеянных скоплений в области двух ближайших сверхпузырей, Локального пузыря и сверхпузыря Эридана, расположенных в радиусе 600 пк от Солнца.

Исследование рассеянных звездных скоплений в последнее десятилетие получило новый импульс, который обусловлен развитием наблюдательной аппаратуры, разработкой новых методик наблюдения и публикацией обширных каталогов с высокоточными определениями различных параметров для большого количества скоплений. Настоящие исследования посвящены комплексному статистическому анализу взаимосвязей между физическими, химическими и пространственно-кинематическими характеристиками рассеянных скоплений в сравнении с близкими звездами поля с целью выявления скоплений различной природы, а также характерных параметров и закономерностей в различных населениях рассеянных звездных скоплений

Галактики. Для выполнения поставленной задачи, прежде всего, необходимо было составить обширный сводный каталог всех доступных параметров рассеянных звездных скоплений. Цели исследования

Обоснование многокомпонентное™ населения рассеянных звездных скоплений Галактики. Анализ пространственного распределения содержаний тяжелых элементов в диске Галактики. Задачи исследования

1. Создание сводного каталога рассеянных скоплений, включающего положения, возраст, металличность, пространственные скорости, элементы галактических орбит и другие физические и химические параметры.

2. Комплексный статистический анализ взаимосвязей между пространственно-кинематическими, химическими и физическими характеристиками рассеянных скоплений и сравнение с аналогичными параметрами звезд поля тонкого диска Галактики.

3. Оценка степени однородности населения рассеянных скоплений.

4. Анализ пространственного распределения содержаний химических элементов в галактическом диске по молодым рассеянным звездным скоплениям в сравнении с классическими цефеидами.

5. Изучение пространственного распределения рассеянных звездных скоплений в областях сверхпузырей в радиусе 600 пк от Солнца.

Научная новизна

• Составлен сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных скоплений, включающий положения, скорости, орбитальные параметры, возрасты, массы, центральные концентрации, эллиптичности, металличности, относительные содержания магния, а также принадлежность к соответствующей группе скоплений.

• Впервые проведено комплексное статистическое исследование физических, химических и пространственно-кинематических свойств

рассеянных звездных скоплений и продемонстрирована существенная неоднородность этого населения Галактики.

• Разработаны принципы деления рассеянных скоплений разной природы на группы. Для 278 скоплений определена принадлежность к группе.

• Обнаружена неоднородность пространственного распределения молодых рассеянных скоплений разной металличности и кинематики.

• Выявлены различия в наблюдаемых зависимостях между возрастом, пространственно-кинематическими характеристиками и химическим составом у рассеянных скоплений и у звезд поля тонкого диска.

• Обнаружена повышенная плотность в пространственном расположении скоплений в оболочках некоторых сверхпузырей окрестности Солнца и весьма низкая плотность скоплений в их внутренних областях. Теоретическая и практическая значимость работы

• Обнаруженные в работе связи между физическими, химическими и пространственно-кинематическими характеристиками рассеянных звездных скоплений заставляют пересмотреть существующие представления на природу этих объектов.

• Полученные в работе выводы могут использоваться для дальнейшего развития теории эволюции Галактики.

• Каталог астрофизических параметров рассеянных скоплений Галактики может использоваться для всестороннего исследования этих объектов.

• Предложенные критерии деления рассеянных скоплений на группы могут применяться при получении новых данных о скоплениях. Методология и методы исследования

Методологической основой настоящего исследования служит системный подход (выявление многообразия взаимосвязей между различными свойствами рассеянных скоплений) и совокупность следующих методов научного познания:

1) статистический метод (определение средних значений параметров, которые описывают изучаемые свойства рассеянных скоплений);

2) метод анализа (изучение отдельных свойств рассеянных скоплений) и синтеза (объединение результатов проведенного анализа, позволяющее расширить знания об изучаемых объектах);

3) метод классификации (деление рассеянных скоплений на группы на основе общих признаков);

4) метод сравнения (установление сходства и различия свойств рассеянных скоплений и звезд поля);

5) методы индукции (переход от знаний свойств отдельных рассеянных скоплений и их групп к знанию обо всем населении рассеянных скоплений Галактики) и дедукции (переход от общих закономерностей, присущих рассеянным скоплениям к их проявлению по отношению к отдельным объектам)

и другие научные методы.

Положения, выносимые на защиту

1. Сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных звездных скоплений Галактики.

2. Обнаружение существенных различий в наблюдаемых зависимостях между химическим составом, пространственно-кинематическими характеристиками и возрастом у рассеянных скоплений и у звезд поля тонкого галактического диска.

3. Результат, что население рассеянных звездных скоплений в Галактике неоднородно и делится на две группы, различающиеся средними параметрами, свойствами и, возможно, происхождением. Одна группа - галактические скопления, имеющие металличности, близкие к солнечной, и обладающие практически круговыми орбитами, недалеко отходящими от галактической плоскости, то есть характерными для звезд поля тонкого диска Галактики. Вторая группа - пекулярные скопления с аномально низкими для звезд поля тонкого диска металличностями и/или высокими вытянутыми галактическими орбитами, характерными для объектов более старых подсистем Галактики.

4. Обнаружение по рассеянным скоплениям моложе 50 млн. лет радиального и азимутального градиентов металличности в тонком галактическом диске и вывод, что межзвездное вещество в радиусе нескольких килопарсеков от Солнца было слабо перемешано к моменту начала там звездообразования.

5. Результаты изучения пространственных положений рассеянных скоплений в окрестности 600 пк от Солнца. Обнаружение концентрации скоплений к оболочкам Локального пузыря и сверхпузыря Эридана при дефиците рассеянных скоплений во внутренних областях указанных сверхпузырей.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

• использованием наиболее точных из опубликованных измеряемых величин рассеянных скоплений и звезд поля;

• тщательным сведением опубликованных данных в однородные шкалы;

• использованием выборок с объемами, достаточными для получения статистически надежных результатов;

• тщательным анализом селекционных эффектов и случайных ошибок;

• цитированием. Апробация результатов

Основные результаты исследования докладывались на объединенных астрофизических семинарах отдела радиофизики и космических исследований НИИ физики и кафедры физики космоса ЮФУ, а также на международных конференциях:

• Международная конференция «Химическая и динамическая эволюция звезд и галактик». Одесса, Украина, 25 - 29 августа 2008 г.

• 4-th Gamow International Conference in Odessa «Astrophysics and cosmology after Gamow: recent progress and new horizons». Odessa, Ukraine, 17-23 August 2009.

• 13-th Odessa International Astronomical Gamow Conference-School «Astronomy and beyond: astrophysics, cosmology and gravitation,

cosmomicrophisics, radio-astronomy and astrobiology». Odessa, Ukraine, 19 -

25 August 2013.

на всероссийских конференциях:

• Всероссийская конференция «Современная звездная астрономия».

Москва, 15-16 июня 2011 г.

• Всероссийская конференция «Физика космоса, структура и динамика

планет и звездных систем». Ижевск, 14-17 ноября 2012 г.

• Всероссийская конференция «Галактики привычные и неожиданные».

Ростов-на-Дону, 6-8 мая 2013 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (93 наименования). Полный объем диссертации -129 страниц машинописного текста, включая список литературы, 39 рисунков и 6 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дан краткий обзор проблемы, подчеркивается необходимость детального статистического исследования свойств рассеянных скоплений. Определены цели и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, отмечен личный вклад и приведен список публикаций автора по теме диссертации. Кратко изложено содержание работы.

В первой главе описываются принципы составления сводного каталога фундаментальных астрофизических параметров для 593 рассеянных скоплений Галактики. Объясняются основания отбора данных, и дается информация об их источниках. В итоге, для 500 скоплений каталога приведены элементы галактических орбит, для 424 - массы, центральные концентрации и эллиптичности, для 264 - металличности, а для 56 - относительные содержания магния. Дан анализ ошибок определения исследуемых параметров. Обсуждены эффекты селекции, обоснована правомерность использования каталога для

статистического исследования. Кроме того, в главе дано описание выборок звезд, применяющихся для сравнительного анализа.

Далее в главе проведен статистический анализ представленных в каталоге характеристик и их взаимосвязей.

Показано, что только около 80% рассеянных скоплений каталога имеют параметры галактических орбит, типичные для объектов тонкого диска Галактики, то есть орбиты таких скоплений низкие и почти круговые. Тогда как около 20% скоплений демонстрируют высокие вытянутые орбиты, которые характерны, скорее, для подсистемы толстого диска и даже гало.

Продемонстрирована неоднородность населения рассеянных скоплений и по содержанию в их звездах тяжелых элементов: их функция металличности бимодальна в отличие от звезд поля тонкого галактического диска и занимает большой диапазон в сторону отрицательных значений. Причем даже среди скоплений с плоскими круговыми орбитами обнаружены скопления с такой аномально низкой металличностью. Парадоксальность результата заключается в том, что если скопления образуются из вещества единого протогалактического облака, то их металличности не должны существенно отличаться от металличности звезд поля тонкого диска.

Исследованы зависимости пространственно-кинематических и физических параметров рассеянных скоплений от возраста. Показано, что скопления с возрастами более 1 млрд. лет демонстрируют дисперсии скоростей намного больше, чем у звезд поля того же возраста. Показано также, что верхняя граница массы скоплений уменьшается с увеличением возраста.

Таким образом, в Главе 1 продемонстрировано различие химических и кинематических свойств рассеянных скоплений и звезд поля тонкого диска. Приведены свидетельства неоднородности населения рассеянных скоплений.

Во второй главе продолжены исследования связей между химическим составом, пространственным положением, элементами галактических орбит, возрастом и другими физическими параметрами рассеянных звездных скоплений с целью выделения групп скоплений со сходными свойствами.

Показано, что население рассеянных скоплений неоднородно и делится на две группы, различающиеся средними параметрами, свойствами и происхождением. Одна группа - это галактические скопления, образовавшиеся в основном из межзвездного вещества тонкого диска, имеющие металличности, близкие к солнечной, и обладающие практически круговыми орбитами, недалеко отходящими от галактической плоскости, то есть характерными для звезд поля тонкого диска Галактики. Вторая группа — это пекулярные скопления, образовавшиеся, скорее всего, в результате взаимодействия массивных объектов (таких как высокоскоростные облака, шаровые скопления или карликовые галактики) с межзвездным веществом тонкого диска, вследствие чего получившие аномально низкие для звезд поля тонкого диска металличности и/или галактические орбиты, характерные для объектов более старых подсистем Галактики.

Продемонстрировано резкое различие характерных параметров: металличности, относительного содержания магния, возраста, массы, эллиптичности, центральной концентрации, эксцентриситета, максимального удаления от галактической плоскости, галактоцентрического расстояния, шкалы высоты для выделенных групп рассеянных скоплений.

Найдено, что примерно 70% скоплений старше одного миллиарда лет являются пекулярными, что свидетельствует о более медленном разрушении скоплений с некруговыми высокими орбитами.

Анализ элементов орбит показал, что основная масса скоплений обеих групп образовалась внутри галактоцентрического радиуса =10.5 кпк и ближе =180 пк от галактической плоскости, но благодаря высоким начальным скоростям пекулярные скопления со временем оккупировали объемы, занимаемые объектами толстого диска, собственного гало и даже аккрецированного гало Галактики.

Анализ относительных содержаний магния (представителя а-элементов) в скоплениях, принадлежащих согласно кинематическим параметрам разным подсистемам Галактики, показал, что все скопления состоят из вещества, в

разной пропорции включающего в себя межзвездную материю единого протогалактического облака, то есть прошедшую переработку в генетически связанных звездах Галактики. При этом отношения [Mg/Fe] у скоплений с кинематикой толстого диска в среднем завышенные, как у звезд поля так называемого «металличного крыла» толстого диска. У скоплений с кинематикой гало эти отношения обнаруживают очень большой разброс, который свидетельствует об их образовании в основном из вещества, испытавшего отличную от галактической историю химической эволюции.

Отмечается, что последние =30 млн. лет большая часть рассеянных скоплений с кинематикой тонкого диска также образуется из вещества внегалактической природы.

Таким образом, население рассеянных скоплений делится на две группы, отличающиеся свойствами и, возможно, происхождением.

В третьей главе проведен сравнительный анализ пространственных распределений молодых (с возрастом менее 50 млн. лет) рассеянных звездных скоплений и цефеид поля разной металличности в окрестности нескольких килопарсеков от Солнца с целью определения условий в межзвездной среде тонкого галактического диска накануне звездообразования.

Продемонстрированы значительные различия свойств этих молодых объектов. В частности показано, что некоторые даже самые молодые скопления обладают очень большими пространственными скоростями и высокими вытянутыми орбитами, которые они могли приобрести лишь в момент рождения, а не в результате релаксационных процессов. Кроме того оказалось, что значительная часть молодых скоплений имеет низкую металличность, нехарактерную для цефеид поля.

Выявлено, что и молодые скопления, и цефеиды поля демонстрируют пространственную неоднородность химического состава, когда в одном месте сосуществуют однотипные объекты с разным содержанием тяжелых элементов. Это свидетельствует о том, что межзвездное вещество не успело достаточно перемешаться к началу в нем звездообразования.

Показано, что оба типа объектов демонстрируют примерно равные по величине отрицательные радиальные градиенты металличности, тогда как их азимутальные градиенты металличности отличаются за пределами ошибок и имеют разные знаки. Среди выделяемых по молодым скоплениям звездных комплексов наименее металличные скопления группируются в комплексе Персея. Именно скопления этого комплекса ответственны за радиальный и азимутальный градиенты металличности среди молодых скоплений. Причем существенные различия распределений в пространстве рассеянных скоплений и звезд поля разной металличности заставляют предположить различие условий, требующихся для образования этих типов объектов.

Четвертая глава посвящена изучению взаимного расположения рассеянных звездных скоплений и сверхпузырей, то есть представителей звездной и диффузной материи, в окрестностях Солнца. В рассмотрение включены Локальный пузырь и сверхпузырь Эридана, расстояния и границы которых определены наиболее точно из нескольких сверхпузырей в радиусе 600 пк от Солнца.

Показано, что рассеянные скопления концентрируются к нейтральной оболочке Локального пузыря, в то время как внутри полости наблюдается дефицит скоплений. Кроме того, скопления отсутствуют и в областях, где Локальный пузырь соединен с Петлей I, сверхпузырем Эридана, туннелем к С8Н 238+00+09 и, скорее всего, с Петлей III.

Обнаружено, что все скопления, связанные со сверхпузырем Эридана, принадлежат компактной группе на северной границе оболочки, внутри сверхпузыря скоплений нет.

Выявлено, что все скопления сверхпузыря Эридана удаляются от границ пузыря, в то время как векторы скоростей скоплений Локального пузыря разнонаправлены. Возраст скоплений, связанных с Локальным пузырем, варьируется от 4 млн. до =800 млн. лет, то есть большинство скоплений образовались гораздо раньше самого пузыря. Все скопления, связанные со

сверхпузырем Эридана, который принадлежит области современного звездообразования, — молодые со средним возрастом =14.5 млн. лет.

Найдено, что среди скоплений, ассоциируемых с Локальным пузырем и сверхпузырем Эридана, отсутствуют малометалличные скопления и скопления с высокими скоростями, то есть скопления с «необычным» происхождением.

В заключении сформулированы основные результаты работы и обсуждаются перспективы дальнейших исследований.

Перспективы дальнейшей разработки темы

В продолжение настоящей работы планируется исследование особенностей динамики рассеянных скоплений на основе анализа характеристик их галактических орбит и исследование детального химического состава звезд скоплений с целью дальнейшего прояснения природы рассеянных скоплений. Для этого уже создан сводный каталог спектроскопических определений обилий более десяти химических элементов, синтезированных в различных процессах ядерного синтеза, содержащий около семидесяти рассеянных звездных скоплений.

Список публикаций по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 6 из них - в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК.

1. Гожа М.Л., Боркова Т.В., Марсаков В. А. Неоднородность населения рассеянных звездных скоплений в Галактике // Письма в Астрономический журнал. - 2012. - Т. 38. - № 8. - С. 571-583.

2. Гожа М.Л., Коваль В.В., Марсаков В.А. Два населения рассеянных звездных скоплений в Галактике // Письма в Астрономический журнал. - 2012. -Т. 38. - № 8. - С. 584-596.

3. Гожа М.Л., Марсаков В.А. Молодые рассеянные звездные скопления: пространственное распределение металличности в окрестностях Солнца // Письма в Астрономический журнал. - 2013. - Т. 39. - № 3. - С. 196203.

4. Марсаков В.А., Гожа M.JI. Природа рассеянных звездных скоплений в Галактике // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2013. - № 2. - С. 92-106.

5. Гожа M.JL, Марсаков В.А. Пространственное распределение металличности в окрестностях Солнца по данным о молодых рассеянных скоплениях и цефеидах поля // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2013. - № 1. - С. 99-108.

6. Гожа M.JI. Рассеянные звездные скопления в областях Локального пузыря и сверхпузыря Эридана // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2010. - № 6. - С. 44-47.

7. Shatsova, R.B., Gozha, M.L. Radioloops in Zone of Avoiding of Open Clusters // Odessa Astronomical Publications. - 2008. - V. 21. - P. 108-110.

8. Shatsova, R., Gozha, M. Open Clusters and Superbubbles // Astrophysics and Cosmology after Gamow: Proceedings of the 4th Gamow International Conference on Astrophysics and Cosmology after Gamow and the 9th Gamow Summer School «Astronomy and Beyond: Astrophysics, Cosmology, Radio Astronomy, High Energy Physics and Astrobiology». AIP Conference Proceedings. -2010.-V. 1206. - P. 382-389.

Личный вклад автора

Автор принимала участие в постановке всех задач, астрофизическом анализе полученных результатов и формулировках выводов в главах 1-3, тогда как в главе 4 постановка задачи принадлежит автору равноправно с соавтором, а остальное принадлежит ей полностью. Автору полностью также принадлежат составление каталогов данных для рассеянных скоплений и цефеид, расчеты их параметров и проведение статистической обработки данных.

Цитируемая литература

[1] Roser, S.R., Kharchenko, N.V., Piskunov, А.Е., Schiibach, E., Scholz, R.-D., Zinnecker, H. Open clusters and the galactic disk // Astronomische Nachrichten. -2010.-V. 331.-P. 519-535.

[2]Marsakov, V.A., Suchkov, A.A., Shevelev, Yu.G. F stars - Evidence for 'two-dimensional' age-metallicity relation and a new light on the enrichment history of the solar neighbourhood // Astrophysics and Space Science. - 1990. - V. 172. - P. 51-75.

[3]Twarog, B.A., Ashman, K.M., Antony-Twarog, B.J. Some Revised Observational Constraints on the Formation and Evolution of the Galactic Disk. // Astronomical Journal. -1997. - V. 114. - P. 2556-2585.

[4] Chen, L., Hou, J.L., Wang, J.J. On the Galactic Disk Metallicity Distribution from Open Clusters. I. New Catalogs and Abundance Gradient // Astronomical Journal. - 2003. -V. 125. - P. 1397-1406.

[5] Wu, Z.-Yu, Zhou, X., Ma, J., Du, C.-H. The orbits of open clusters in the Galaxy // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. - 2009. - V. 399. - P. 21462164.

[6] Vande Putte, D., Gamier, T.P., Ferreras, I., Mignani, R.P., Cropper, M. A kinematic study of open clusters: implications for their origin // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. - 2010. - V. 407. - P. 2109-2121.

[7] Rhode, K„ Salzer, J.J., Westpfahl, D.J., Radice, L.A. A test of the standard hypothesis for the origin of the HI holes in Holmberg II // Astronomical Journal. -

1999.-V. 118.-P. 323-336.

[8] Ефремов Ю.Н. Очаги звездообразования во Вселенной // Вестник РАН. -

2000. - Т. 70. - № 4. - С. 314-323.

Подписано в печать 19.02.2014 г. Заказ № 3458. Тираж 100 экз. Формат 60*84 1/ 16. Печ. лист 1,0. Уч.изд.л 1,0. Типография Южного федерального университета 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 200/1, тел (863) 243-41-66.

Текст научной работы диссертации и автореферата по астрономии, кандидата физико-математических наук, Гожа, Марина Львовна, Ростов-на-Дону

I & Екаки ЕЕ

Научно-исследовательский институт физики Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»

042 01456961

На правах рукописи £ ......—

Гожа Марина Львовна

НАСЕЛЕНИЕ РАССЕЯННЫХ ЗВЕЗДНЫХ СКОПЛЕНИЙ ГАЛАКТИКИ

01.03.02 - астрофизика и звездная астрономия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор В.А. Марсаков

Ростов-на-Дону - 2014

Оглавление

Введение........................................................................................... 5

Глава 1. Неоднородность населения рассеянных звездных скоплений в Галактике........................................................................................20

1.1 Введение................................................................................20

1.2 Исходные данные...................................................................20

1.2.1 Положения и скорости...................................................21

1.2.2 Элементы галактических орбит.......................................24

1.2.3 Возрасты...................................................................26

1.2.4 Физические параметры.................................................26

1.2.5 Металличности............................................................27

1.2.6 Относительные содержания магния..................................28

1.2.7 Каталог астрофизических параметров рассеянных скоплений. 29

1.2.8 Звезды поля................................................................30

1.3 Неоднородность населения рассеянных скоплений..........................31

1.3.1 Наблюдательная селекция..............................................31

1.3.2 Анализ элементов галактических орбит.............................33

1.3.3 Распределение рассеянных скоплений по металличности.......38

1.43ависимость пространственно-кинематических и

физических параметров рассеянных скоплений от возраста...................40

1.4.1 Расстояния от Солнца....................................................40

1.4.2 Компоненты остаточных скоростей..................................41

1.4.3 Физические параметры..................................................44

1.5Выводы Главы 1......................................................................46

Глава 2. Два населения рассеянных звездных скоплений в Галактике...............47

2.1 Введение...............................................................................47

2.2 Связь между химическим составом и возрастом рассеянных скоплений.................................................................................50

2.2.1 Анализ диаграммы «возраст - металличность»......................50

2.2.2 Зависимость относительных содержаний магния от возраста... 54

2.3 Связь между химическим составом и положением в Галактике..........55

2.3.1 Связь относительных содержаний магния с металличностью... 55

2.3.2 Радиальный и вертикальный градиенты металличности.........57

2.3.3 Радиальный и вертикальный градиенты

относительных содержаний магния..........................................62

2.4 Стратификация рассеянных скоплений по населениям.....................64

2.5 Свойства разных населений рассеянных скоплений........................73

2.6 Выводы Главы 2.....................................................................79

Глава 3. Молодые рассенные скопления: пространственное распределение металличности в окрестностях Солнца......................................................82

3.1 Введение..............................................................................82

3.2 Исходные данные...................................................................83

3.3 Сравнительный анализ свойств молодых рассеянных скоплений

и цефеид поля.............................................................................87

3.4 Спиральные ветви и звездные комплексы.....................................91

3.5 Выводы Главы 3.....................................................................97

Глава 4. Рассеянные звездные скопления в областях близких сверхпузырей.......99

4.1 Введение..............................................................................99

4.2 Расположение рассеянных скоплений в области Локального пузыря... 100

4.3 Расположение рассеянных скоплений в области сверхпузыря Эридана....................................................................................104

4.4 Свойства рассеянных скоплений в областях сверхпузырей

по данным нового каталога...........................................................107

4.4.1 Кинематика и физические параметры скоплений Локального пузыря......................................................................107

4.4.2 Кинематика и физические параметры скоплений

сверхпузыря Эридана...................................................................Ill

4.4.3 Сравнение свойств выборок рассеянных скоплений..............113

4.5 Выводы Главы 4....................................................................115

Заключение.......................................................................................117

Список литературы.............................................................................120

Введение

Актуальность исследования

скоплений нашей Галактики весьма актуально и для внегалактической астрономии.

Представляет отдельный интерес исследование наиболее молодых (с возрастом до 50 млн. лет) рассеянных скоплений. Такие скопления расположены в настоящее время недалеко от мест их рождения. Известна принадлежность молодых скоплений спиральным рукавам Галактики и большим группировкам молодых звезд - звездным комплексам. Интересно проверить, является ли население молодых скоплений однородным по металличности, кинематике и другим параметрам, а также каким образом молодые скопления с отличающимися характеристиками пространственно распределены в пределах звездных комплексов. Значения параметров молодых скоплений уместно сравнивать с аналогичными характеристиками классических цефеид, которые также представляют собой молодые объекты.

населениях рассеянных звездных скоплений Галактики. Для выполнения поставленной задачи, прежде всего, необходимо было составить обширный сводный каталог всех доступных параметров рассеянных звездных скоплений.

Цели исследования

Обоснование многокомпонентности населения рассеянных звездных скоплений Галактики. Анализ пространственного распределения содержаний тяжелых элементов в диске Галактики.

Задачи исследования

3. Оценка степени однородности населения рассеянных скоплений.

Научная новизна

1. Составлен сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных скоплений, включающий положения, скорости, орбитальные

параметры, возрасты, массы, центральные концентрации, эллиптичности, металличности, относительные содержания магния, а также принадлежность к соответствующей группе скоплений.

2. Впервые проведено комплексное статистическое исследование физических, химических и пространственно-кинематических свойств рассеянных звездных скоплений и продемонстрирована существенная неоднородность этого населения Галактики.

3. Разработаны принципы деления рассеянных скоплений разной природы на группы. Для 278 скоплений определена принадлежность к группе.

4. Обнаружена неоднородность пространственного распределения молодых рассеянных скоплений разной металличности и кинематики.

5. Выявлены различия в наблюдаемых зависимостях между возрастом, пространственно-кинематическими характеристиками и химическим составом у рассеянных скоплений и у звезд поля тонкого диска.

6. Обнаружена повышенная плотность в пространственном расположении скоплений в оболочках некоторых сверхпузырей окрестности Солнца и весьма низкая плотность скоплений в их внутренних областях.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Обнаруженные в работе связи между физическими, химическими и пространственно-кинематическими характеристиками рассеянных звездных скоплений заставляют пересмотреть существующие представления на природу этих объектов.

2. Полученные в работе выводы могут использоваться для дальнейшего развития теории эволюции Галактики.

3. Каталог астрофизических параметров рассеянных скоплений Галактики может использоваться для всестороннего исследования этих объектов.

4. Предложенные критерии деления рассеянных скоплений на группы могут применяться при получении новых данных о скоплениях.

Методология и методы исследования

3) метод классификации (деление скоплений на группы на основе общих признаков);

4) метод сравнения (установление сходства и различия свойств рассеянных скоплений и звезд поля);

5) методы индукции (переход от знаний свойств отдельных рассеянных скоплений и их групп к знанию обо всем населении скоплений Галактики) и дедукции (переход от общих закономерностей, присущих рассеянным скоплениям к их проявлению по отношению к отдельным объектам)

и другие научные методы.

Положения, выносимые на защиту

1. Сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных звездных скоплений Галактики.

2. Обнаружение существенных различий в наблюдаемых зависимостях между возрастом, химическим составом и пространственно-кинематическими характеристиками у рассеянных скоплений и у звезд поля тонкого галактического диска.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

• использованием наиболее точных из опубликованных измеряемых величин рассеянных скоплений и звезд поля;

• тщательным сведением опубликованных данных в однородные шкалы;

• использованием выборок с объемами, достаточными для получения статистически надежных результатов;

• тщательным анализом селекционных эффектов и случайных ошибок;

• цитированием.

Апробация результатов

• 4-th Gamow International C