Влияние взаимодействия на глобальные характеристики галактик тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 524.7

РГ6 07)

ЕВСТИГНЕЕВА ' П

Екатерина Анатольевна

ВЛИЯНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ГЛОБАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ГАЛАКТИК

Специальность 01.03.02 — астрофизика, радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук

В.П.Решетников

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук доктор физико-математических наук

Ю.Н.Гнедин О.К.Сильченко

Ведущая организация:

Астрокосмический Центр ФИАН

Защита диссертации состоится "26" декабря 2000 г. на открытом заседании Диссертационного Совета Д.063.57.39 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, г.Санкт-Петсрбург, Университетская наб.. д.7/9, геологический факультет, ауд.85 Начало в "15" часов "30" минут.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ 199034, г.Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9

Автореферат разослан ноября 2000 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д.063.57.39

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Галактики как отдельные звездные системы были открыты в 20-х гг. нашего столетня Э.Хабблом. Долгие годы считалось, что галактики формируются и эволюционируют практически в полной изоляции, а наблюдаемо!! многообразие форм и характеристик галактик приписывалось разным начальным условиям иа стадии их формирования.

На необычные формы галактик, находящихся вблизи друг от друга, астрономы обратили внимание давно. Например, Пиз просел в 20-х гг. фотографирование некоторых пекулярных систем на 2.5-м. телескопе обсерватории Маупт-Внлсои. Несколько позднее Цвиккки выполнил серию работ по исследованию аналогичных объектов. Было сделано предположение, что возможной причиной искажения формы галактик является гравитационное взаимодействие между ними, но для доказательства згой гипотезы требовались как новые наблюдательные данные, гак и теоретические расчеты. После появления Паломарского обзора неба возникла возможность исследовать большую часть неба с целью выявления необычных галактик. В 50-х гг. эту работу провел Б. А.Воронцов-Вельяминов со своими коллегами. Ими был создан атлас н составлены списки разного рода необычных по форме галактик, среди которых взаимодействующие объекты составляли значительную долга. Однако, масштаб Паломарского атласа невелик, а для изучения морфологии далеких необычных галактик были нужны крупномасштабные снимки. При составлении атласа пекулярных галактик Арп использовал снимки, полученные в прямых фокусах 100"н 200"телескопов. Подавляющее большинство галактик этого атласа - взаимодействующие.

Параллельно наблюдательным обзорам велись работы по моделированию взаимодействия галактик. Первым исследованием такого рода была работа Хольмборга, выполненная в 1941 г. Двумя десятилетиями позже аналогичные задачи решались

Пфлейдером и Сайдситопфом с использованием электронно-цифрового компьютера. Интенсивное использование ЭВМ началось после работы братьев Тумре (1972). Они показали, что наблюдаемые морфологические пекулярности галактик (хвосты, мосты между объектами, спиральные рукава, кольца, волокна и т.д.) могут быть объяснены гравитационным взаимодействием галактик при различных параметрах - скорости сближения, прицельном расстоянии, отношении масс, наклоне дисков галактик друг к другу и др. При специальном подборе начальных условий можно было построить модели конкретных систем, которые удивительно точно совпадали с реально наблюдаемыми объектами. Эта работа послужила основой для нового подхода к проблеме формирования структуры современных галактик. Согласно этому подходу, не начальные условия, а последующая эволюция галактики, в ходе которой она активно взаимодействует со своим окружением (другими галактиками, карликовыми спутниками, межгалактической средой), определяет ее глобальные характеристики. А.Тумре даже высказал предположение, что все эллиптические галактики возникли при слиянии спиральных ("гипотеза слияний"). В настоящее время считается, что и начальные условия, и последующая эволюция влияют на свойства галактик, однако соотношение между этими факторами остается пока неизвестным.

Наблюдения последних лет, наряду с развитием теории и совершенствованием компьютерных моделей, показали, что гравитационное взаимодействие между галактиками способно изменять такие фундаментальные характеристики галактик, как морфологический тип, светимость, размер и распределение массы. С взаимодействием между галактиками оказались связаны также и два наиболее интригующих (и поэтому наиболее интенсивно изучаемых) процесса - звездообразование и активность ядер галактик. Кроме того, при гравитационном возмущении различные подсистемы галактик (темное гало, газовый и звездный диски н т.д.) начинают играть активную роль (например, поглощать энергию) и, следовательно, позволяют получить о себе, новую информацию.

Несмотря на то, что в ближайшей к нам области Вселенной в состав взаимодействующих систем входит лишь 5-10% галактик, с ростом красного смещения их число очень быстро увеличивается и при z = 1-2 может достигать 30-50 %. Поэтому детальное исследование близких галактик, демонстрирующих признаки взаимодействия с окружением, предоставляет уникальную возможность изучить те процессы, которые, как предполагается, привели к возникновению наблюдаемого многообразия крупномасштабных структурных свойств галактик.

Изменение представлений об эволюции галактик, произошедшее в последние годы, делает задачу исследования взаимодействующих галактик одной из наиболее интересных в современной астрономии.

Цель работы

Основной целью данной работы является исследование" вопроса о том, как сильное гравитационное возмущение влияет на глобальную фотометрическую и кинематическую структуру спиральных и эллиптических галактик. Для решения этой задачи был проведен анализ фотометрических и спектральных данных о галактиках разных типов, а также выполнены численные расчеты взаимодействия галактик.

Научная новизна

Впервые произведено детальное фотометрическое исследование галактик UGC 10205 и NGC 7468 и показано, что основные особенности структуры этих галактик могут быть объяснены взаимодействием с маломассивными спутниками. Выполнен анализ глобальной фотометрической структуры 23 взаимодействующих спиральных галактик и впервые сделано заключение, что гравитационное взаимодействие может быть одним из оснонны.х факторов, прив|<цящи.\ к наблюдаемой эволюции свойств дисков к

г ~ 1. Проведенное в работе численное моделирование тесных сближений и слияний сферических галактик позволило впервые сделать количественные оценки влияния возмущения на положение эллиптических галактик па Фундаментальной Плоскости.

Научная и практическая ценность работы

Научная ценность работы состоит в том, что она содержит обширный наблюдательный материал, который может быть использован при исследовании процессов взаимодействия галактик. Результаты выполненных численных расчетов могут быть применены для построения детальных динамических моделей галактик ранних типов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на

- международной школе по астрофотометрии (Вильнюсская обсерватория, 1999),

- конференции "Актуальные проблемы внегалактической астрономии". (Пущино, 2000),

- объединенном съезде Европейского и национального Астрономических обществ ЛЕЫАМ-2000 (Москва, 2000),

- международной конференции "Звездная динамика: от классической к современной" (С.Петербург, 2000),

а также на семинарах кафедры астрофизики СПбГУ. Структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы; содержит 31 рисунок и 7 таблиц. Общий объем работы составляет 115 машинописных страниц. Библиография содержит 152 наименования.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Анализ многоцветной (В, V, I) поверхностной фотометрии галактик UGC 10205 и NGC 7468, а также результаты моделирования оптической морфологии UGC 10205. Вывод о том, что наблюдательные особенности галактик могут быть объяснены взаимодействием с относительно маломассивными спутниками.

2. Исследование крупномасштабной фотометрической структуры 23 взаимодействующих спиральных галактик. Вывод о том, что гравитационное возмущение и внешняя аккреция могут вносить заметный вклад в наблюдаемую к z ~ 1 эволюцию характеристик дисков галактик.

3. Проведение численных расчетов тесного сближения и слияния эллиптических галактик. Заключение о том, что взаимодействие мало влияет на глобальные характеристики галактик ранних типов и на их положение на Фундаментальной Плоскости.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении отражены актуальность проблемы, цель исследования, основные положения, выносимые на защиту, показана их научная новизна и практическая значимость, кратко представлено содержание диссертации.

В первой главе приведены результаты детального исследования двух пекулярных галактик, наблюдаемая структура которых является следствием взаимодействия..

В §1.1 приведены результаты детальной поверхностной В,\\1 фотометрии галактики

UGC 10205. Выполнено моделирование ее наблюдаемого распределении поверхностной яркости и кривой вращения в рамках двухкомпонептпой модели (балдж + диск). Показано, что по своим интегральным фотометрическим, кинематическим и другим характеристикам UGC 10205 является относительно нормальной гигантской галактикой типа S0/a-Sa, возможно, окруженной внешним экваториальным кольцом.

Наблюдаемая вдоль большой оси галактики полоса поглощения искажает наблюдаемое распределение поверхностной яркости вдоль большой и, в меньшей степени, вдоль малой осей UGC 10205 и сильно затрудняет определение характеристик балджа и диска галактики по оптической фотометрии.

Создана численная модель UGC 10205, согласно которой модели основные пекулярности галактики (наличие слабой асимметричной оболочечной структуры к SE от главного тела и некруговые движения излучающего газа в ядре галактики) связаны с ранней стадией процесса захвата и разрушения небольшого спутника типа E/S0 центральной массивной галактикой.

В §2.2 приведены результаты B,V,I поверхностной фотометрии галактики NGC 7468. Показано, что по своим интегральным характеристикам NGC 7468 является относительно небольшой галактикой позднего морфологического типа, напоминающей Большое Магелланово Облако (LMC). Отличия NGC 7468 от LMC (баше голубые показатели цвета, повышенную светимость, повышенное содержание HI, сильное излучение в FIR-диапазоне) можно связать с более высоким темпом звездообразования в ней. Повышенная звездообразовательная активность в центральных областях NGC 7468 и другие ее особенности могли быть вызваны гравитационным взаимодействием с небольшой соседней галактикой, остатки которой наблюдаются сейчас в виде спутника.

Вторая глава посвящена исследованию влияния пространственного окружения спиральных галактик на их глобальную фотометрическую структуру и характеристики кривых вращения.

В §2.1 проведен анализ фотометрической структуры 23 взаимодействующих галактик.

Для всех членов взаимодействующих систем были построены фотометрические разрезы вдоль больших осей в цветовых полосах В и /, а также эквивалентные профили в полосе I. Фотометрические профили галактик были проанализированы в рамках двухкомпонептной модели (балдж + диск). Найдено, что при статистическом изучении глобальной структуры дисков спиральных галактик использование эквивалентных фотометрических профилей приводит к тем же результатам, что и анализ разрезов вдоль больших осей. Эквивалентные профили являются устойчивыми к разного рода локальным дефектам и структурам (типа НН областей), которые могут исказить распределение поверхностной яркости, и поэтому их применение при анализе несимметричных галактик, а также далеких, слабых, клочковатых объектов является предпочтительным по сравнению с разрезами вдоль большой оси или эллиптически усредненными разрезами.

Анализ интегральных характеристик балджей взаимодействующих спиральных галактик показал, что их параметры удовлетворяют соотношению цс-ге для нормальных спиральных галактик в очень широком диапазоне поверхностных яркостей (~ 10т) и линейных размеров (~ 3102). Это может означать, что сильное гравитационное возмущение мало влияет на плотные центральные области галактик, оставляя их балдж и в близком к равновесному состоянии.

Диски взаимодействующих спиральных галактик имеют, в среднем, более высокие значения центральной поверхностной яркости (на ~1ш) по сравнению с относительно изолированными галактиками. Повышенная поверхностная яркость, вероятно, связана с усилением в них темпа звездообразования. Интегральные фотометрические характеристики дисков локальных взаимодействующих галактик похожи на характеристики дисков спиралей сравнимого размера при г ~ 1: эти галактики также характеризуются повышенной поверхностной яркостью и среди них заметную долю должны составлять взаимодействующие и возмущенные обьекты. Можно предположить, что гравитационное возмущение н внешняя аккреция дают зауетный вклад в наблюдаемую к г ~ 1 эволюцию характеристик дисков больших спиральных

галактик.

В §2-2 рассматривается выборка из нескольких десятков Sb-Sc спиральных галактик с высокоточными кривыми вращениями. В рассматриваемую выборку вошли гигантские галактики, по светимости, размеру и максимальной скорости вращения сравнимые или даже превышающие Млечный Путь. Разбив галактики на три группы в зависимости от значения пространственной плотности светимости (массы) в пределах 0.5 Мпк (p¿), мы исследовали зависимость характеристик кривых вращения от значения p¿. Оказалось, что для таких массивных галактик форма кривой вращения (ее логарифмический градиент) и соотношение Талли-Фишера не зависят от глобального пространственного окружения. Единственное найденное отличие состоит в том, что у галактик в областях с высокими значениями p¡, кривые вращения прослеживаются, в среднем, до меньших относительных расстояний от ядра. Это может быть связано с разрушением внешних областей их газовых дисков при гравитационном взаимодействии с окружающими галактиками.

В третьей главе суммированы результаты изучения влияния взаимодействия галактик ранних типов на их глобальные характеристики и на положение на Фундаментальной Плоскогти (ФП).

В §3.1 на основе литературных данных и внегалактических баз данных произведено изучение известных эмпирических соотношений (Фабер-Джексона, ФП) для E/S0 галактик в составе взаимодействующих систем. Оказалось, что пространственное окружение практически не влияет на положение характеристик галактик па ФП. Отличие найдено только для сливающихся галактик (мержеров) - при фиксированной центральной дисперсии скоростей они являются на ~ 1т -2т более яркими по сравнению с нормальными эллиптическими галактиками (вероятно, вследствие индуцированной слиянием глобальной вспышки звездообразоывання).

В §3.2 приведены результаты численных расчетов тесного сближения и слияния двух сферических галактик. Для вычислений использовался свободно распространяемый пакет программ NEMO. Прослежено изменение структурных и динамических параметров

(центральной плотности, радиуса половинипой массы и центральной дисперсии скоростей) галактик в течение их пролета . Проанализирована зависимость изменений параметров от начальной концентрации массы сферической модели и присутствия темного гало.

Численные эксперименты и наблюдательные данные показали, что глобальные параметры галактик раниих типов являются довольно устойчивыми в отношении даже сильного гравитационного возмущения. Изменение параметров при взаимодействии галактик имеет место только в течение очень короткого промежутка времени (107 — 108 лет), непосредственно перед их окончательным слиянием. Причем амплитуда изменений параметров (~0.1 dex) сравнима с разбросом характеристик реальных галактик на ФП.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Решетников В.П., Евстигнеева Е.А. "Детальное исследование и моделирование пекулярной галактики UGC 10205 (VV 624)". Ас-трон, журн., том 76, N 6, 426-437, 1999

2. Евстигнеева Е.А., Решетников В.П. "Характеристики балджей и дисков взаимодействующих галактик". Письма в Астрон. жури., том 25, N 9, 673-683, 1999

3. Евстигнеева Е.А. "Фотометрическое исследование пекулярной галактики NGC 7468 (Mik 314)". Астрофизика, том 43, N 4, 519-530, 2000

4. Evstigneeva Е.А., Reshetnikov V.P., Sotnikova N.Ya. "Effect of the environment on the fundamental plane of elliptical galaxies>JENAM-2000, Moscow, 2000, P.51

5. Evstignceva E.A., Rcshctnikov V.P., Sotnikova N.Ya. "IS'umoiical modeling of encounters between spherical galaxies". Iri "Stellar dynamics: from classic to modern". S.Petersburg, 2000. P.19

Личный вклад автора

В работах |1,2| автором выполнена обработка наблюдательного материала, обсуждение произведено совместно. В работах [4,5| автором выполнеионы численные расчеты, интерпретация произведена совместно.

1 Ввведение

2 Детальное исследование галактик UGC 10205 и NGC

2.1 Галактика UGC 10205 (VV 624).

2.1.1 Наблюдения и обработка данных.

2.1.2 Интегральные характеристики UGC

2.1.3 Фотометрическая модель галактики.

2.1.4 Внешнее кольцо.

2.1.5 Оболочечная структура.

2.1.6 Кривая вращения галактики.

2.1.7 Моделирование оптической морфологии UGC

2.1.8 Заключительные замечания.

2.2 Галактика NGC 7468 (Mrk 314) . V.

2.2.1 Наблюдения и обработка данных .'.

2.2.2 Интегральные характеристики NGC

2.2.3 Спутник.

2.2.4 NGC 7468 и Большое Магелланово Облако.

2.2.5 Обсуждение результатов.

3 Влияние взаимодействия на глобальные фотометрические и кинематические характеристики спиральных галактик

3.1 Характеристики балджей и дисков взаимодействующих галактик

3.1.1 Выборка галактик и построение фотометрических профилей

3.1.2 Эквивалентные профили и разрезы вдоль большой оси

3.1.3 Характеристики балджей взаимодействующих галактик.

3.1.4 Характеристики дисков.

3.1.5 Заключительные замечания.

3.2 О. кривых вращения галактик в разном пространственном окружении

3.2.1 Выборка галактик.

3.2.2 Протяженность и форма кривых вращения

3.2.3 Обсуждение

4 Влияние взаимодействия на характеристики эллиптических галактик и их положение на Фундаментальной Плоскости

4.1 Взаимодействующие галактики на Фундаментальной Плоскости.

4.2 Численное моделирование взаимодействия эллиптических галактик

4.2.1 Методика расчетов и численная модель.

4.2.2 Результаты моделирования

Актуальность темы

Галактики как отдельные звездные системы были открыты в 20-х гг. нашего столетия Э.Хабблом. Долгие годы считалось, что галактики формируются и эволюционируют практически в полной изоляции, а наблюдаемое многообразие форм и характеристик галактик приписывалось разным начальным условиям на стадии их формирования.

На необычные формы галактик, находящихся вблизи друг от друга, астрономы обратили внимание давно. Например Пиз [94] провел в 20-х гг. фотографирование некоторых пекулярных систем на 2.5-м. телескопе обсерватории Маунт-Вилсон. Несколько позднее Цвиккки выполнил серию работ по исследованию аналогичных объектов [151], [152]. Было сделано предположение, что возможной причиной искажения формы галактик является гравитационное взаимодействие между ними, но для доказательства этой гипотезы требовались как новые наблюдательные данные, так и теоретические расчеты. После появления Паломарского обзора неба возникла возможность исследовать большую часть неба с целью выявления необычных галактик. В 50-х гг. эту работу провел Б.А.Воронцов-Вельяминов со своими коллегами [140]. Ими был создан атлас и составлены списки разного рода необычных по форме галактик, среди которых взаимодействующие объекты составляли значительную долю. Однако, масштаб Паломарского атласа невелик, а для изучения морфологии далеких необычных галактик были нужны крупномасштабные снимки. При составлении атласа пекулярных галактик Арп [3] использовал снимки, полученные в прямых фокусах 100"и 200"телескопов. Подавляющее большинство галактик этого атласа - взаимодействующие.

Параллельно наблюдательным обзорам велись работы по моделированию взаимодействия галактик. Одно из первых исследований было выполнено Хольмбергом в 1941 г. Двумя десятилетиями позже аналогичные задачи решались Пфлейдером и Сайдентопфом с использованием электронно-цифрового компьютера. Интенсивное использование ЭВМ началось после работы братьев Тумре [132]. Они показали, что множество видимых пекулярностей галактик (хвосты, мосты между объектами, спиральные рукава, кольца, волокна и т.д.) может быть объяснено их гравитационным взаимодействием при различных параметрах - скорости сближения, прицельном расстоянии, отношении масс, наклоне дисков галактик друг к другу и др. При специальном подборе начальных условий можно было построить модели конкретных систем, которые удивительно точно совпадали с реально наблюдаемыми объектами [132]. Эта работа послужила основой для нового подхода к проблеме формирования структуры современных галактик. Согласно этому подходу, не начальные условия, а последующая эволюция галактики, в ходе которой она активно взаимодействует со своим окружением (другими галактиками, карликовыми спутниками, межгалактической средой), определяет ее глобальные характеристики. А.Тумре даже высказал предположение, что все эллиптические галактики возникли при слиянии спиральных ("гипотеза слияний"). В настоящее время считается, что и начальные условия, и последующая эволюция влияют на свойства галактик, однако соотношение между этими факторами остается пока неизвестным.

Наблюдения последних лет, наряду с развитием теории и совершенствованием компьютерных моделей, показали, что гравитационное взаимодействие между галактиками способно изменять такие фундаментальные характеристики галактик, как морфологический тип, светимость, размер и распределение массы. С взаимодействием между галактиками оказались связаны также и два наиболее интригующих (и поэтому наиболее интенсивно изучаемых) процесса - звездообразование и активность ядер галактик (см. напр. [42], [102]). Кроме того, при гравитационном возмущении различные подсистемы галактик (темное гало, газовый и звездный диски и т.д.) начинают играть активную роль (например, поглощать энергию) и, следовательно, дают о себе новую информацию.

Несмотря на то, что в ближайшей к нам области Вселенной в состав взаимодействующих систем входит лишь 5-10 % галактик, с ростом красного смещения их число очень быстро увеличивается и при г = 1-2 может достигать 30-50 % [87]. Поэтому детальное исследование близких галактик, демонстрирующих признаки взаимодействия с окружением, представляет уникальную возможность изучить те процессы, которые, как предполагается, привели к возникновению наблюдаемого многообразия крупномасштабных структурных свойств галактик.

Изменение представлений об эволюции галактик, произошедшее в последние годы, делает задачу исследования взаимодействующих галактик одной из наиболее интересных в современной астрономии.

Цель работы

Основной целью данной работы является исследование вопроса о том, как сильное гравитационное возмущение влияет на глобальную фотометрическую и кинематическую структуру спиральных и эллиптических галактик. Для решения этой задачи был проведен анализ фотометрических и спектральных данных о галактиках разных типов, а также выполнены численные расчеты взаимодействия галактик.

Научная новизна

Впервые произведено детальное фотометрическое исследование галактик UGC 10205 и NGC 7468 и показано, что основные особенности структуры этих галактик могут быть объяснены взаимодействием с маломассивными спутниками. Выполнен анализ глобальной фотометрической структуры 23 взаимодействующих спиральных галактик и впервые сделано заключение, что гравитационное взаимодействие может быть одним из основных факторов, приводящих к наблюдаемой эволюции свойств дисков к 2: ~ 1. Проведенное в работе численное моделирование тесных сближений и слияний сферических галактик позволило впервые сделать количественные оценки влияния возмущения на положение эллиптических галактик на Фундаментальной Плоскости.

Научная и практическая ценность

Научная ценность работы состоит в том, что она содержит обширный наблюдательный материал, который может быть использован при исследовании процессов взаимодействия галактик. Результаты выполненных численных расчетов могут быть применены для построения детальных динамических моделей галактик ранних типов.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Анализ многоцветной (В, У, I) поверхностной фотометрии галактик UGC 10205 и NGC 7468, а также результаты моделирования оптической морфологии UGC 10205. Вывод о том, что наблюдательные особенности галактик могут быть объяснены взаимодействием с относительно маломассивными спутниками.

2. Исследование крупномасштабной фотометрической структуры 23 взаимодействующих спиральных галактик. Вывод о том, что гравитационное возмущение и внешняя аккреция могут вносить заметный вклад в наблюдаемую к г ~ 1 эволюцию характеристик дисков галактик.

3. Проведение численных расчетов тесного сближения и слияния эллиптических галактик. Заключение о том, что взаимодействие мало влияет на глобальные характеристики галактик ранних типов и на их положение на Фундаментальной Плоскости.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на

- международной школе по астрофотометрии (Вильнюсская обсерватория, 1999),

- конференции "Актуальные проблемы внегалактической астрономии" (Пущино, 2000),

- объединенном съезде Европейского и национального Астрономических обществ ^АМ-2000 (Москва, 2000),

- международной конференции "Звездная динамика: от классической к современной" (С.Петербург, 2000), а также на семинарах кафедры астрофизики СПбГУ. Публикации

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Решетников В.П., Евстигнеева Е.А. "Детальное исследование и моделирование пекулярной галактики 1ГСС 10205 (УУ 624)". Астрон. журн., том 76, N 6, 426-437, 1999

2. Евстигнеева Е.А.,' Решетников В.П. "Характеристики балджей и дисков взаимодействующих галактик". Письма в Астрон. журн., том 25, N 9, 673-683, 1999

3. Евстигнеева Е.А. "Фотометрическое исследование пекулярной галактики NGC 7468 (Mrк 314)". Астрофизика, том 43, N 4, 519-530, 2000

4. Evstigneeva Е.А., Reshetnikov V.P., Sotnikova N.Ya. "Effect of the environment on the fundamental plane of elliptical galaxies". JENAM-2000, Moscow, 2000, P.51

5. Evstigneeva E.A., Reshetnikov V.P., Sotnikova N.Ya. "Numerical modeling of encounters between spherical galaxies". In "Stellar dynamics: from classic to modern", S.Petersburg, 2000, P. 19

В работах [1,2] автором выполнена обработка наблюдательного материала, обсуждение произведено совместно. В работах [4,5] автором выполненены численные расчеты, интерпретация произведена совместно.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы; содержит 31 рисунок и 7 таблиц. Общий объем работы составляет 115 машинописных страниц. Библиография содержит 152 наименования.

Основные результаты и выводы, полученные в работе:

1. Приведены результаты детального фотометрического исследования пекулярной галактики 1ЮС 10205. Выполнено моделирование ее наблюдаемого распределения поверхностной яркости и кривой вращения в рамках двухкомпонентной модели (балдж + диск). Показано, что по совокупности своих фотометрических и кинематических характеристик она является нормальной гигантской галактикой раннего типа (SO/aSa). Создана численная модель UGC 10205, объясняющая основные особенности галактики (наличие слабой асимметричной оболочки и сильные некруговые движения газа в ядерной области), тем, что наблюдается ранняя стадия захвата и разрушения небольшого спутника типа E/S0 центральной массивной галактикой.

2. Приведены результаты фотометрического исследования пекулярной галактики NGC 7468. Показано, что по своим интегральным характеристикам NGC 7468 является относительно небольшой галактикой позднего морфологического типа, напоминающей Большое Магелланово Облако (LMC). Отличия NGC 7468 от LMC (более голубые показатели цвета, повышенную светимость, повышенное содержание HI, сильное излучение в FIR-диапазоне) можно связать с более высоким темпом звездообразования в ней. Повышенная звездообразовательная активность в центральных областях NGC 7468 и другие ее особенности могли быть вызваны гравитационным взаимодействием с небольшой соседней галактикой, остатки которой наблюдаются сейчас в виде спутника.

3. Проведен анализ фотометрической структуры 23 взаимодействующих галактик. Показано, что при статистическом изучении глобальной структуры дисков спиральных галактик использование эквивалентных фотометрических профилей приводит к тем же результатам, что и анализ разрезов вдоль больших осей. Применение эквивалентных профилей при анализе несимметричных и слабых объектов является предпочтительным по сравнению с разрезами вдоль большой оси или эллиптически усредненными разрезами.

Анализ интегральных характеристик балджей взаимодействующих спиральных галактик показал, что их параметры удовлетворяют соотношению це-ге для нормальных спиральных галактик в очень широком диапазоне поверхностных яркостей 10т) и линейных размеров 3102). Это может означать, что сильное гравитационное возмущение мало влияет на плотные центральные области галактик, оставляя их балджи в близком к равновесному состоянии.

Диски взаимодействующих спиральных галактик имеют, в среднем, более высокие значения центральной поверхностной яркости (на по сравнению с изолированными галактиками. Повышенная поверхностная яркость, вероятно, связана с усилением в них темпа звездообразования. Интегральные фотометрические характеристики дисков локальных взаимодействующих галактик похожи на характеристики дисков спиралей сравнимого размера при .2 ~ 1: эти галактики также характеризуются повышенной поверхностной яркостью и среди них заметную долю должны составлять взаимодействующие и возмущенные объекты. Можно предположить, что гравитационное возмущение и внешняя аккреция дают заметный вклад в наблюдаемую 1 эволюцию характеристик дисков больших спиральных галактик.

4. Рассмотрена выборка гигантских Sb-Sc спиральных галактик с высокоточными и протяженными кривыми вращения. Разбив галактики на три группы в зависимости от глобального значения пространственной . плотности светимости (массы) в пределах 0.5 Мпк {pl)i мы исследовали зависимость характеристик кривых вращения от значения p¿. Оказалось, что для таких массивных галактик форма кривой воашения (логаоисЬмический гоалиент") и соотношение Талли-Фитттеоа, не зависят

XI \ АХ X'* / - - - 1 . от глобального пространственного окружения. Единственное отличие состоит в том, что у галактик в областях с высокими значениями p¿ кривые вращения прослеживаются, в среднем, до меньших относительных расстояний от ядра. Это может быть связано с разрушением внешних областей их газовых дисков при гравитационном взаимодействии с окружающими галактиками.

5. Проведено наблюдательное исследование влияния взаимодействия на глобальные характеристики E/S0 галактик и на их положение на Фундаментальной Плоскости. С помощью пакета NEMO выполнена серия численных расчетов тесного сближения и слияния двух сферических галактик. Исследовано изменение структурных и динамических параметров (центральной плотности, радиуса половинной массы и центральной дисперсии скоростей) галактик в течение их пролета друг относительно друга. Проанализирована зависимость изменений параметров от начальной концентрации массы сферической модели и присутствия темного гало. Результаты моделирования использованы при обсуждении ФП для взаимодействующих галактик ранних типов. Численные эксперименты и наблюдательные данные показывают, что глобальные параметры E/S0 галактик являются довольно устойчивыми в отношении даже сильного гравитационного возмущения.

Автор благодарит Н.Я.Сотникову за ознакомление с пакетом NEMO, помощь в численных расчетах и предоставление программ, использованных при моделировании галактики UGC 10205. Особую благодарность автор выражает В.П.Решетникову за руководство работой и постоянную помощь при ее выполнении, а также за предоставление наблюдательного материала.

5 Заключение

Вопрос о формировании и эволюции галактик является одним из важных и актуальных в астрономии. Важнейшим достижением последних лет является вывод о том, что многообразие наблюдаемых свойств галактик является не только следствием начальных условий при их формировании, но во многом определяется их последующей эволюцией при гравитационных взаимодействиях и слияниях. Нельзя рассматривать эволюцию галактик в изоляции от их пространственного окружения. Галактики являются открытыми системами, взаимодействующими с другими галактиками, спутниками, межгалактическим веществом, газом скоплений. Взаимодействие, как предполагается, является ключом к пониманию такого процесса, как активность ядер галактик, влияет на звездообразование в их дисках и центральных областях, приводит к изменению морфологических типов галактик, формированию баров и кольцевых структур. Исследование взаимодействия между галактиками позволяет получить информацию о скрытой массе (темных гало, окружающих галактики).

В настоящей работе выполнено детальное исследование двух галактик, пекулярная морфология которых является результатом гравитационного взаимодействия с окружением; представлены результаты изучения глобальной фотометрической структуры и динамических характеристик спиральных и эллиптических галактик в составе сильно взаимодействующих систем.

1. Abraham R.G., Tanvir N.R., Santiago В.Х. et ai, Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1996, V.279, P.47L

2. Abraham R.G., In Proc. IAU Symp. 186 "Galaxy interactions at low and high redshifts", 1998 (astro-ph/9802033)

3. Arp H., Atlas of Peculiar Galaxies, 1966, Pasadena

4. Augarde R. et al, Astron. Astrophys. Suppl. Ser., 1994, V.104, P.259

5. Barnes J., Hut P., Nature, 1986, V.324, P.446

6. Barnes J., Dynamics of Galaxy Interactions, in "Galaxies: Interactions and Induced Star Formation", Springer, 1998

7. Bender R. et al, Astrophys. J., 1992, V.399, P.462

8. Binney J., Tremaine S., Galactic Dynamics, Princeton University Press, 19879. de Block W.J.G., McGaugh S.S., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1997

9. Boroson T., Astrophys. J. Suppl., 1981, V.46, P.177

10. Borne K.D., Hoessel J.D., Astrophys. J., 1.988, V.330, P.5112. van den Bosch F.C., Astrophys. J., 1998, V.507, P.601

11. Bothun G.D., Impey C.D., Malin D.F., Mould J.R., Astron. J., 1987, V.94, P.23

12. Bothun G., Impey Ch., McGaugh S., Publ. Astron. Soc. Pacif., 1997, V.109, P.745

13. Bregman J.N., Hogg D.E., Roberts M.S., Astrophys. J., 1992, V.387, P.484

14. Brinks E., in Dynamics and Interactions of Galaxies, edited by R. Wielen (Springer, Berlin), 1990, P.14617 1819 20 [21 [22 [2324 25 [26 [2728 29 [30 [31

15. Brocca C., Bettoni D., Galletta G., Astron. Astrophys., 1997, V.326, P.907

16. Bullock S., Kolatt T.S., Sigad Y. et ai, Mon. Not. Roy. Astron. Soc., в печати, 2000 (astro-ph/9908159)

17. Burstain D., Heiles С., Astron. J., 1982, V.87, P.1165

18. Buta R., Mitra S., de Vaucouleurs G., Corwin H.G., Astron. J. , 1994, V.107, P.118

19. Buta R., Williams R.L., Astron. J., 1995, V.109, P.543

20. Buta RCombes F., Fund. Cosmic Physics., 1996, V.17, P.95

21. Capaccioli M., Caon N., D'Onofrio M., Trevisani S., in "New results on standard candles", 1992

22. Capaccioli M., Caon N., D'Onofrio M., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1992, V.259, P.323

23. Casertano S., van Gorkom J.H., Astron. J., 1991, V.101, P.1231

24. Chevalier C., Ilovaisky S.A., Astron. and Astrophys. Suppl. , 1991, V.90, P.225

25. CRAL observatoire de Lyon, Hypercat: The extragalactic database (www-obs.univ-lyonl.fr/hypercat)

26. Djorgovski S., Davies M., Astrophys. J., 1987, V.313, P.59

27. Djorgovski S., de Carvalho R., Han M.-S., in "The Extragalactic Distance Scale", ASP Conf. Ser., 1988, V.4, P.329

28. Dressier A., Lynden-Bell D., Burstein D. et al, 1987, Astrophys. J., V.313, P.42

29. Евстигнеева E.A., Решетников В.П., Письма в АЖ, 1999, Т.25, С.673

30. Faber S.M., Jackson R.E., Astrophys. J., 1976, v.204, p.668

31. Fasano G., Cristiani S., Arnouts S., Filippi M., Astron. J., 1998, V.115, P.1400

32. Freeman K.C., Astrophys. J., 1970, V.160, P.811

33. Gallagher J.S., Hunter D.A., Bushouse H., Astron. J., 1989, V.97, P.700

34. Giavalisco M., Steidel C.C., Macchetto F.D., Astrophys. J., 1996, V.470, P.189

35. Giovanardi C., Hunt L.K., Astron. J., 1996, V.lll, P.1086

36. Горбацкий В.Г., Введение в физику галактик и скоплений галактик, Наука, Москва, 1986

37. Gordon D., Gottesman S.T., Astron. J., 1981, V.86, P.161

38. Helou G., Soifer B.T., Rowan-Robinson M., Astrophys. J., 1985, V.298, P.7L

39. Hernquist , Astrophys. J. 1990, V.356, P.359

40. Hernquist L., Astrophys. J. Suppl., 1993, V.86, P.389

41. Huchra J.P., Astrophys. J. Suppl. Ser., 1977, V.35, P.171

42. Huchtmeier W.K., Astron. and Astrophys., 1994, V.286, P.389

43. Huchtmeier W.K., Sage L.J., Henkel C., Astron. and Astpophys, 1995, V.300, P.675

44. Kormendy J., Bender R., Richstone D. et al, Astrophys. J., 1996, V.459, P.57L70. van der Kruit P.C., Astron. Astrophys., 1987, V.173, P.59

45. Landolt A.U., Astron. J., 1983, V.88, P.439

46. Lilly S., Schade D., Ellis R. et al., Astrophys. J., 1998, V.499, P.112

47. Lu N.Y. et al., Astrophys. J. Suppl., 1993, V.88, P.383

48. Lu N.Y., Astrophys. J., 1998, V.506, P.673

49. Malin D.F., Carter D., Astrophys. J., 1983, V.274, P.53476. van der Marel R.P., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1991, V.253, P.710

50. Marquez I., Moles M., Astron. Astrophys. Suppl., 1996, V.120, P.l

51. Mateo M., Mirabal N., Udalski A. et al., Astrophys. J., 1996, V.458, P.13L

52. Mazzarella J.M., Boroson T.A., Astrophys. J. Suppl. Ser., 1993, V.85, P.27

53. McElroy, Astrophys. J. Suppl. Ser., 1995, V.100, P. 105

54. McGaugh S.S., Bothun G.D., Schombert J.M., Astron. J., 1995, V.110, P. 573

55. McGaugh S.S., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1996, V.280, P.337

56. Milvang-Jensen B., Jorgensen /., Baltic Astronomy, 1999, V.8, P.535

57. Miyamoto M., Nagai R., Publ. Astron. Soc. Japan., 1975, V.27, P.533

58. Monnet G., Simien F., Astron. and Astrophys., 1977, V.56, P.173

59. Moore B., Katz N., Lake G., Astrophys. J., 1996, V.457, P.455

60. Nairn A., Ratnatunga K.U., Griffiths R.E., Astrophys. J., 1997, V.476, P.51088 89 [90 [91 [92 [93 [94 [95 [96 [97 [98 [99

61. Noguchi M., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1987, V.228, P.635

62. Noguchi M., Astron. and Astrophys., 1998, V.203, P.259

63. Nordgren Т.Е. et al, Astrophys. J. Suppl., 1995, V.99, P.461

64. Pahre M.A., de Carvalho R.R., Djorgovski S.G., Astron. J, 1998, V.116, P.1606

65. Pahre M.A., Djorgovski S.G., de Carvalho R.R., Astron. J., 1998, V.116, P.1591

66. Patterson F.S., Harv. Bull., 1940, V.914, P.9

67. Pease F.G., Astrophys. J., 1920, V.51, P.276

68. Persic M., Salucci P., Stel F., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1996, V.281, P.27 Pierce M.J., Tully R.B., Astrophys. J., 1992, V.387, P.47 Qiunn P. J., Astrophys. J., 1984, V.279, P.596

69. Reduzzi L., Longhetti M., Rampazzo R., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1996, V.282, P.149 Решетников В.П., Астрофизика, 1991, Т.35, С.235

70. Reshetnikov V.P., A&SS, 1992, V.191, Р.49

71. Reshetnikov V.P., Hagen-Thorn V.A., Yakovleva V.A., Astron. Astrophys., 1993, V.278, P.351

72. Решетников В.П., Сотникова Н.Я., Астрофизика, 1993, N3, том 36, с.435

73. Reshetnikov V.P., A&SS, 1994, V.211, Р.155

74. Reshetnikov V., Combes F., Astron. Astrophys. Suppl., 1996, V.116, P.417

75. Reshetnikov V., Combes F., Astron. Astrophys., 1997, V.324, P.80107108109110 111 112113114115116117118119120 121 122 123

76. Rubin V.C., in "Dark Matter in the Universe", J.Kormendy, G.R.Knapp eds., P.51, 1987

77. Schweizer F., Seitzer P., Astron. J., 1992, V.104, P.1039

78. Schade D., Lilly S.J., Le Fevre 0. et al, Astrophys. J. , 1996, V.464, P.79

79. Scodeggio M., Giovanelli R., Haynes M.P., Astron. J., 1997, V.113, P.2087

80. Scodeggio M., Gavazzi G., Belsole E. et al, 1998, Mon. Not. Roy. Astron. Soc., V.301, P.1001

81. Scorza C., Bender R., Astron. Astrophys., 1990, V.235, P.49

82. Scorza C., Bender R., Astron. Astrophys., 1995, V.293, P.20

83. Scorza C., van den Bosch P.C., Mon. Not. Roy.-Astron. Soc., 1998, V.300, P.469

84. Shier L.M., Fischer J., Astrophys. J., 1998, V.497, P.163

85. Simien F., de Vaucouleurs G., Astrophys. J,, 1986, V.302, P.564

86. Simien F., Prugniel Ph., Astron. and Astrophys. Suppl., 1997, V.122, P.521

87. Simien F., Prugniel Ph., Astron. and Astrophys. Suppl., 1997, V.126, P.15

88. Smith P.S., Jannuzi B.T., Eiston R.,.Astrophys! J. Suppl., 1991, V.77, P.67125126127128129130131132133134135136137138139

89. Vega J.C., Corsini E.M., Pizzella A., Bertola F., Astron. and Astrophys., 1997, V.324, P.485

90. Vettolani G., de Souza R., Chincarini G., Astron. and Astrophys., 1986, V.154, P.343 Vogt N.P., Forbes D.A., Phillips A.C. et al., Astrophys. J., 1996, V.465, P.15L

91. Воронцов-Вельяминов Б.А., Атлас и каталог.356 взаимодействующих галактик, изд. МГУ, 1959

92. Vorontsov-Velyaminov В.A., Astron. Astrophys. Suppl., 1977, V.28, P.l

93. Walker I.R., MihosJ.C., Hernquist L., Astrophys. J., 1996, V.460, P.121

94. Weinberg M.D., Astrophys. J., 1995, V.455, P.31L

95. Whitmore B.C., Lucas R.A., McElroy D.B. et al, Astron. J., 1990, V.100, P.1459

96. Wiklind Т., Combes S., Henkel C., Astron. and Astrophys., 1995, V.297, P.643

97. Worthey G., Astrophys. J. Suppl., 1994, V.95, P.107

98. Young J.S., Knezek P.M., Astrophys. J., 1989, V.347, P.55L

99. Засов A.B., Кязумов RA., Письма в АЖ, 1980, T.6, C.264

100. Засов A.B., Кязумов Г.А., АЖ, 1983, Т.60, С.656

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

102. Zwicki F., Ergebnisse der Exakten Naturwissenschaften, 1956, V.29, P.344

103. Zwicki F., in "Handbuch der Physik", 1959, V.53, P.373