Взаимодействующие галактики на z∼1 тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах т копией

Яссер Хассан Мохамед Мохамед

ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИЕ ГАЛАКТИКИ НА г ~ 1

Специальность 01.03.02 - астрофизика и звездная астрономия

1 5 1л ДР

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2012

005013749

005013749

Работа выполнена на кафедре астрофизики математико-.механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессо]

Решетников Владимир Петрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Сильченко Ольга Касьяновна зав. отделом Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ имени М.В. Ломоносова

кандидат физико-математических наук, доцент Никифоров Игорь Иванович доцент кафедры небесной механики математико-механического факультета СПбГУ

Ведущая организация: Главная (Пулковская) Астрономическая

Обсерватория

Защита состоится 10 апреля 2012 г. в 15 ч. 30 м. на заседании диссертацион ного совета Д 212.232.15 по защите докторских и кандидатских диссертациГ при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504 Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 28, ауд. 214о (математико-механический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горько го Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

Автореферат разослан " февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Введение

Гравитационное взаимодействие с окружением (другими галактиками, межгалактической средой) является одним из основных факторов эволюции галактик. В настоящую эпоху взаимодействия и слияния относительно редки и в состав взаимодействующих систем входит не более 5-10% галактик. В прошлом такие процессы, по-видимому, были гораздо более интенсивными. Это подтверждается как прямым изучением морфологии далеких обьектов, так и разного рода статистическими исследованиями выборок галактик на разных красных смещениях 2.

Детальное изучение далеких взаимодействующих галактик стало возможным лишь в последние два десятилетия, благодаря, в первую очередь, работе Космического телескопа Хаббла (НБТ), позволяющего получать изображения слабых галактик с высоким разрешением, и крупнейшим наземным оптическим телескопам, используемым для спектроскопии галактик. В настоящей работе исследуются два класса далеких взаимодействующих галактик - галактики с крупномасштабными приливными структурами, легко различимыми на оптических изображениях, и галактики типа М51 (спиральные галактики со спутником вблизи конца спиральной ветви).

Приливные структуры галактик были замечены уже очень давно. Первое упоминание о них было сделано около двухсот лет назад. Вильям Гершель был первым, кто описал несколько двойных систем слабых туманностей и отметил, что некоторые из туманностей связаны тонкими полосками светящегося вещества [1]. В 1972 году Тумре и Тумре [2] посредством численного моделирования показали, что такие экзотические структуры можно естественным образом обьяснить приливными искажениями гравитационно взаимодейству-

ющих галактик.

Приливные структуры имеют, как правило, низкую поверхностную яркость и их сложно выделять у далеких галактик. Однако, как показало моделирование их видимости на разных красных смещениях [3], при наблюдениях на Космическом телескопе Хаббла с длинными экспозициями, которые используются при наблюдениях глубоких полей, приливные образования остаются видимыми вплоть до 2 ~ 1. Прямое изучение галактик с приливными хвостами в северном и южном глубоких полях Хаббла подтвердило этот вывод (например, [4]).

* Одним из первых, кто привлек внимание к интересному классу двойных систем, состоящих из большой спиральной галактики и относительно небольшого спутника около конца спирального рукава, был Б.А. Воронцов-Вельяминов. Он нашел 160 таких систем, многие из них он включил в свой «Атлас взаимодействующих галактик» [5]. Галактики типа М51 оказались настолько многочисленными, что Воронцов-Вильяминов предположил, что эти галактики не являются результатом случайной проекции, но являются физически связанными системами. Другой пионер изучения взаимодействующих галактик - X. Арп - также обратил внимание на этот специфический вид двойных галактик и включил 54 такие системы в свой «Атлас пекулярных галактик» [6].

Несмотря на то, что они давно известны, галактики типа М51 остаются относительно малоизученными объектами. Прототип - галактика М 51 - многократно и детально наблюдалась й моделировалась, однако такие объекты как класс остаются почти неисследованными.

Общая характеристика работы Актуальность работы

Согласно современным представлениям, образование галактик - длительный процесс, в ходе которого они эволюционируют под влиянием как внутренних (развитие разного рода неустойчивостей, медленная динамическая эволюция), так и внешних факторов. Одним из таких важнейших факторов является гравитационное взаимодействие между галактиками, их слияние, аккреция вещества.

В настоящее время накопились большое количество новых данных о близких взаимодействующих галактиках, однако такие данные о далеких объектах явно недостаточны. Актуальность проблемы определяется необходимостью создания и исследования больших выборок галактик разных типов на различных красных смещениях для наблюдательной проверки современных моделей формирования и эволюции галактик.

Цели и задачи работы

Основной целью настоящей работы является изучение двух типов взаимодействующих галактик - галактик с приливными структурами и галактик типа М 51 - на красном смещении г ~ 1. Для решения этой задачи необходимо составить выборки объектов этих типов и выполнить их анализ.

Научная новизна

На основе анализа архивных кадров ряда глубоких полей Космического телескопа Хаббл (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS) составлены новые выборки далеких галактик с приливными структурами (875 галактик) и

галактик типа М51 (78 объектов). В ходе работы были просмотрены изображения нескольких десятков тысяч галактик, из которых в каталог включено около тысячи. Все галактики отождествлены с известными списками галактик, найдены видимые звездные величины и красные смещения. Впервые изучены геометрические характеристики приливных структур близких и далеких взаимодействующих галактик, показано, что далекие галактики имеют, в среднем, более короткие приливные хвосты. На основе анализа встречаемости взаимодействующих галактик в глубоких полях сделан вывод о росте их пространственной плотности с увеличением красного смещения.

Научная и практическая ценность

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что она содержит обширный наблюдательный материал по близким и далеким взаимодействующим галактикам, который может быть использован при решении широкого круга задач, связанных с изучением взаимодействия и эволюцией галактик.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Новая выборка галактик с приливными структурами и галактик типа М51 в 5 глубоких полях Космического телескопа Хаббл.

2. Анализ геометрических характеристик приливных хвостов близких и далеких взаимодействующих галактик, вывод о меньшей наблюдаемой длине приливных структур у далеких галактик.

3. Вывод о росте с красным смещением пространственных плотностей галактик с приливными структурами и галактик типа М51.

Апробация результатов

Основные результаты данной работы представлялись на семинаре кафедры космических технологий и прикладной астродинамики факультета прикладной математики - процессов управления СПбГУ, на семинаре кафедры астрофизики математико-механического факультета СПбГУ, на семинаре астрофизических подразделений ГАО РАН, на международной студенческой конференции "Science and progress" (С.-Петербург, 14-18 ноября 2011).

Структура работы

* Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 103 наименования и двух приложений, содержит 17 рисунков и 2 таблицы. Общий объем диссертации 98 страниц.

Во Введении отражена краткая история проблемы, ее актуальность, цели исследования, основные положения, выносимые на защиту, показана их научная новизна, кратко представлено содержание диссертации.

В Главе 1 выполнен визуальный анализ морфологии галактик в нескольких сверхглубоких площадках (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS), наблюдавшихся на Космическом телескопе Хаббл. Составлены списки галактик с приливными структурами (хвостами, перемычками) и галактик типа М 51 в этих глубоких полях. Для большинства выделенных объектов по литературным данным найдены фотометрические характеристики и оценки красных смещений. В трех площадках (HDF-N, HDF-S, HUDF) в сумме найдены 29 кандидатов в галактики типа М51 и 381 галактика с приливными структурами. В областях каждого из проектов GOODS и GEMS выделено более двух сотен взаимодействующих галактик.

В Главе 2 приведены результаты анализа геометрических характеристик приливных хвостов близких и далеких взаимодействующих галактик. Выборка близких объектов включает более двухсот галактик, а далеких - около семисот. Далекие галактики были отобраны в нескольких глубоких полях Космического телескопа Хаббл (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS), и они находятся на среднем красном смещении (z) = 0.65.

Проанализированы распределения длин и толщин приливных образований и показано, что хвосты у далеких галактик выглядят короче, чем у близких. Отчасти этот эффект может быть связан с эффектами селекции, но, с другой стороны, он, возможно, является следствием общёй эволюции размеров спиральных галактик с z.

Показано, что положение взаимодействующих галактик на плоскости "светимость галактики (L) - длина приливного хвоста (/)" объясняется простой геометрической моделью, причем верхняя огибающая наблюдаемого распределения имеет вид I ос у/1.

В предположении, что приливные хвосты являются дугами окружностей, видимых под произвольными углами к лучу зрения, решена задача о связи наблюдаемого распределения сжатий хвостов с их длиной в угловой мере. Сделан вывод, что угловая длина приливных хвостов, визуально выделяемых у близких и далеких галактик, в среднем, превышает 180°.

В Главе 3 приведены результаты анализа встречаемости галактик с приливными хвостами и галактик типа М 51 в нескольких глубоких полях Космического телескопа Хаббл. В сумме в этих площадках найдено около семисот взаимодействующих галактик с красным смещением z < 1.5.

Показано, что при z < 0.7 наблюдаемые пространственные плотности

галактик с приливными структурами и галактик типа М51 увеличиваются ос (1 + z)m, где т и 2.6. Согласно приведённым оценкам, за последние 6-7 млрд. лет, то есть при 2 < 0.7, примерно треть галактик с М{В) < —18т должны были испытать сильные гравитационные возмущения и слияния, а ~1/10-1/5 галактик поглотили относительно маломассивные близкие спутники, типичные для галактик типа М51. Возможное уменьшение с ростом г шкалы времени, в течение которой далекая галактика выглядит пекулярной, может значительно увеличить оценки темпа слияний.

В Заключении произведено краткое обсуждение результатов изучения взаимодействующих галактик на 2 ~ 1 и перечислены основные выводы диссертационной работы.

В Приложении А приведен каталог взаимодействующих галактик (галактик с приливными структурами и галактик типа М51) в рассмотренных глубоких полях КТ Хаббл.

В Приложении В представлены измеренные в работе характеристики приливных структур и объектов типа М51.

Список литературы

[1] Еремеева А.И., Вселённая Гершеля, М., Наука, 1966. [2j Toomre A., Toomre J., Astrophys. J., 178, 623, 1972.

[3] Hibbard J.E., Vacca W.D., Astron. J., 114, 1741, 1997.

[4] Reshetnikov V.P., Astron. Astrophys., 353, 92, 2000.

[5] Воронцов-Вельяминов Б.А., Атлас и каталог 356 взаимодействующих галактик, М., МГУ, 1959.

[6] Arp Н., Atlas of Peculiar Galaxies, Pasadena, California Inst. Technology, 1966.

Список публикаций автора по теме диссертации

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Я.Х. Мохамед, В.П. Решетников, "Взаимодействующие галактики в глубоких полях Космического телескопа Хаббл", Астрофизика, 2011, Т.54, N.2, С.181-187.

2. Я.Х. Мохамед, В.П. Решетников, Н.Я. Сотйикова, "О характеристиках приливных структур взаимодействующих галактик", Письма в Астрон. журн., 2011, Т.37, N.10, С.730-739.

3. В.П. Решетников, Я.Х. Мохамед, "Статистика взаимодействующих галактик на 2 ~ 0.7 ", Письма в Астрон. журн., 2011, Т.37, N.II, С.803-810.

4. Y.H. Mohamed, "Interacting galaxies at z ~ 0.7", Conference Abstracts, International Student Conference "Science and progress", St. Petersburg -Peterhof, November 14-18, 2011, P. 61.

Личный вклад автора

В работе [1] автором выполнен сбор наблюдательных данных. Интерпретация результатов произведена совместно. В работах [2] и [3] автором произведена обработка наблюдательного материала, интерпретация осуществлена совместно.

Подписано к печати 21.02.12. Формат 60x84 *А. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Печать цифровая. Печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 5280.

Отпечатано в Отделе оперативной полиграфии химического факультета СПбГУ 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 26 Тел.: (812) 428-4043,428-6919

61 12-1/707

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Яссер Хассан Мохамед Мохамед

ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИЕ ГАЛАКТИКИ НА г ~ 1

Специальность 01.03.02 - астрофизика и звездная астрономия

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель д.ф.-м.н., профессор В.П. Решетников

Санкт-Петербург - 2012

Содержание

Введение................................................................... 3

1 Взаимодействующие галактики в глубоких полях Космического телескопа Хаббл 13

1.1 Введение..........................................................................................................................13

1.2 Каталог взаимодействующих галактик..........................................................14

1.3 Заключение....................................................................................................................19

2 О характеристиках приливных структур взаимодействующих галактик 20

2.1 Введение..........................................................................................................................20

2.2 Выборки галактик и измеряемые параметры............................................22

2.2.1 Близкие и далекие галактики с приливными структурами 22

2.2.2 Параметры приливных структур ......................................................23

2.3 Результаты и обсуждение......................................................................................25

2.3.1 Геометрические характеристики приливных

хвостов ..............................................................................................................25

2.3.2 Зависимость между светимостью галактики и длиной хвоста..................................................................................................................30

2.3.3 Протяженность приливных хвостов в угловой

мере......................................................................................................................33

2.4 Заключение....................................................................................................................37

3 Статистика взаимодействующих

галактик на г ~ 0.7 40

3.1 Введение ............................................................. 40

3.2 Галактики с приливными структурами на г ~ 0.7................. 41

3.2.1 Выборка галактик ........................................... 41

3.2.2 Оценка темпа эволюции..................................... 44

3.3 Встречаемость галактик типа М 51................................. 46

3.4 Обсуждение результатов............................................ 49

3.4.1 Галактики с приливными хвостами......................... 49

3.4.2 Галактики типа М 51......................................... 54

3.5 Заключение.......................................................... 55

Заключение.............................................................. 57

Список литературы..................................................... 60

Приложение А........................................................... 68

Приложение В........................................................... 83

Введение

Гравитационное взаимодействие с окружением (другими галактиками, межгалактической средой) является одним из основных факторов эволюции галактик. В настоящую эпоху взаимодействия и слияния относительно редки, в состав взаимодействующих систем входит не более 5-10% галактик ([33], [91]). В прошлом такие процессы, по-видимому, были гораздо более интенсивными. Это подтверждается как прямым изучением морфологии далеких обьектов, так и разного рода статистическими исследованиями выборок галактик на разных красных смещениях х (см., например, обзор [1]).

Детальное изучение далеких взаимодействующих галактик стало возможным лишь в последние пару десятилетий, благодаря, в первую очередь, работе Космического телескопа Хаббл (Н8Т), позволяющего получать изображения слабых галактик с высоким разрешением, и крупнейшим наземным оптическим телескопам, используемым для спектроскопии галактик. В настоящей работе исследуются два класса далеких взаимодействующих галактик - галактики с крупномасштабными приливными структурами, легко различимыми на оптических изображениях, и галактики типа М51.

Приливные структуры галактик (см. примеры на рис. 1, 2) известны очень давно. Первое упоминание о них было сделано уже около 200 лет назад. Вильям Гершель был первым, кто описал несколько двойных систем слабых туманностей и отметил, что некоторые из туманностей связаны тонкими полосками светящегося вещества [25]. Почти двести лет спустя Тумре, Тум-ре [77] посредством численного моделирования показали, что такие экзотические структуры можно естественным образом объяснить приливными искажениями гравитационно взаимодействующих галактик.

Рис. 2: Двойная система Агр 242 (NGC 4G76AJ3) (HST)

Приливные структуры имеют, как правило, низкую поверхностную яркость и их сложно выделять у далеких галактик. Однако, как показало моделирование их видимости на разных красных смещениях (Хиббард, Вакка [31]), при наблюдениях на Космическом телескопе Хаббл с длинными экспозициями, которые используются при наблюдениях глубоких полей, приливные образования остаются видимыми вплоть до г ~ 1. Прямое изучение галактик с приливными хвостами в северном и южном глубоких полях Хаббла (НБГ-М [96] и НБР-Я [97] подтвердило этот вывод ([65], [66]).

Воронцов-Вельяминов [80] был одним из первых, кто привлек внимание к интересному подмножеству галактик, которое состоит из большой спиральной галактики и относительно небольшого спутника около конца спирального рукава. Воронцов-Вильяминов ([82], [83]) утверждал, что он нашел 160 таких двойных систем типа М51 (см. примеры на рис. 3,4). Многие из них он включил в свой «Атлас взаимодействующих галактик» [84]. Галактики типа М51 оказались настолько многочисленными, что Воронцов-Вильяминов [80] предположил, что эти галактики не являются результатом случайной проекции, но являются физически связанными системами.

Арп также изучил этот специфический вид двойных галактик. Он включил 54 такие системы в свой «Атлас пекулярных галактик» [3]. Как и Воронцов-Вельяминов, Арп считал, что небольшие спутники представляют собой выбросы из главной галактики.

Говоря в целом, галактики типа М51 остаются относительно малоизученными объектами. Прототип - галактика М 51 - многократно и детально наблюдалась и моделировалась, однако такие объекты как класс остаются почти неисследованными.

Рис. 3: Галактика М 51 (Агр 85) (НБТ).

Рис. 4: Двойная система Агр 87 (ПЭТ).

13 настоящей работе сделана первая попытка изучения характеристик больших выборок близких и далеких взаимодействующих галактик с целью

поиска возможной эволюции характеристик их приливных образований, а также изменения пространственных плотностей самих галактик.

Актуальность проблемы

Согласно современным представлениям, образование галактик - длительный процесс, в ходе которого они эволюционируют под влиянием как внутренних (развитие разного рода неустойчивостей, медленная динамическая эволюция), так и внешних факторов. Одним из таких важнейших факторов является гравитационное взаимодействие между галактиками, их слияние, аккреция вещества.

В настоящее время накопились большое количество новых данных о близких взаимодействующих галактиках, однако такие данные о далеких объектах явно недостаточны. Актуальность проблемы определяется необходимостью создания и исследования больших выборок галактик разных типов на различных красных смещениях для наблюдательной проверки современных моделей формирования и эволюции галактик.

Цели и задачи работы

Основной целью настоящей работы является изучение двух типов взаимодействующих галактик - галактик с приливными структурами и галактик типа М 51 - на красном смещении % ~ Для решения этой задачи необходимо составить выборки объектов этих типов и выполнить их анализ.

Научная новизна

На основе анализа архивных кадров ряда глубоких полей Космического телескопа Хаббл (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS) составлены новые выборки далеких галактик с приливными структурами (875 галактик) и галактик типа М51 (78 объектов). В ходе работы были просмотрены изображения нескольких десятков тысяч галактик, из которых в католог включено около тысячи. Все галактики отождествлены с известными списками галактик, найдены видимые звездные величины и красные смещения. Впервые изучены геометрические характеристики приливных структур близких и далеких взаимодействующих галактик, показано, что далекие галактики имеют, в среднем, более короткие приливные хвосты. На основе анализа встречаемости взаимодействующих галактик в глубоких полях сделан вывод о росте их пространственной плотности с увеличением красного смещения.

Научная и практическая ценность

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что она содержит обширный наблюдательный материал по близким и далеким взаимодейтсву-ющим галактикам, который может быть использован при решении широкого круга задач, связанных с взаимодействием и эволюцией галактик.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1) Новая выборка галактик с приливными структурами и галактик типа М 51 в 5 глубоких полях Космического телескопа Хаббл.

2) Анализ геометрических характеристик приливных хвостов близких и далеких взаимодействующих галактик, вывод о меньшей наблюдаемой длине приливных структур у далеких галактик.

3) Вывод о росте пространственных плотностей галактик с приливными структурами и галактик типа М 51 с красным смещением.

Апробация результатов

Основные результаты данной работы представлялись на семинаре кафедры космических технологий и прикладной астродинамики факультета прикладной математики - процессов управления СПбГУ, на семинаре кафедры астрофизики математико-механического факультета СПбГУ, на семинаре астрофизических подразделений ГАО РАН, на международной студенческой конференции "Science and progress" (С.-Петербург, 14-18 ноября 2011).

Список публикаций автора по теме диссертации

Основные результаты диссертации изложены в 4-х печатных работах:

1. Я.Х. Мохамед, В.П. Решетников, "Взаимодействующие галактики в глубоких полях Космического телескопа Хаббл", Астрофизика, 2011, Т.54, N.2, С.181-187.

2. Я.Х. Мохамед, В.П. Решетников, Н.Я. Сотникова, "О характеристиках приливных структур взаимодействующих галактик", Письма в Астрон. журн., 2011, Т.37, N.10, С.730-739.

3. В.П. Решетников, Я.Х. Мохамед, "Статистика взаимодействующих га-

лактик на 2 ~ 0.7 ", Письма в Астрон. журн., 2011, Т.37, N.11, С.803-810.

4. Y.H. Mohamed, "Interacting galaxies at z 0.7", Conference Abstracts, International Student Conference "Science and progress", St. Petersburg -Peterhof, November, 14-18, 2011, P. 61.

Личный вклад автора

В работе [1] автором выполнен поиск и отбор галактик в глубоких полях, интерпретация результатов произведена совместно. В работах [2] и [3] автором произведена обработка наблюдательного материала, интерпретация осуществлена совместно.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 103 наименования и двух приложений, содержит 17 рисунков и 2 таблицы. Общий объем диссертации 98 страниц.

Во Введении отражена краткая история проблемы, ее актуальность, цели исследования, основные положения, выносимые на защиту, показана их научная новизна, кратко представлено содержание диссертации.

В Главе 1 приведены результаты визуального анализа морфологии галактик в нескольких сверхглубоких площадках (HDF-N [96], HDF-S [97], HUDF [98], GOODS [99], GEMS [100]), наблюдавшихся на Космическом телескопе Хаббл. Составлены списки галактик с приливными структурами (хвостами, перемычками) (см., например, рис. 4, 1, 2) и галактик типа M 51 (см., например, рис. 3) в этих глубоких полях. Для большинства выделенных объектов по литературным данным найдены фотометрические характеристики и

оценки красных смещений. В трех площадках (HDF-N, HDF-S, HUDF в сумме найдены 29 кандидатов в галактики типа М51 и 381 галактика с приливными структурами. В областях каждого из проектов GOODS и GEMS выделено более двух сотен взаимодействующих галактик.

В Главе 2 приведены результаты анализа геометрических характеристик приливных хвостов близких и далеких взаимодействующих галактик. Выборка близких объектов включает более двухсот галактик, а далеких - около семисот. Далекие галактики были отобраны в нескольких глубоких полях Космического телескопа Хаббл (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS), и они находятся на среднем красном смещении (z) =0.65.

Проанализированы распределения длин и толщин приливных образований и показано, что хвосты у далеких галактик выглядят короче, чем у близких. Отчасти этот эффект может быть связан с эффектами селекции, но, с другой стороны, он, возможно, является следствием общей эволюции размеров спиральных галактик с z.

Показано, что положение взаимодействующих галактик на плоскости "светимость галактики (L) - длина приливного хвоста (/)" объясняется простой геометрической моделью, причем верхняя огибающая наблюдаемого распределения имеет вид I ос •л.

В предположении, что приливные хвосты являются дугами окружностей, видимых под произвольными углами к лучу зрения, решена задача о связи наблюдаемого распределения сжатий хвостов с их длиной в угловой мере. Сделан вывод, что угловая длина приливных хвостов, визуально выделяемых у близких и далеких галактик, в среднем, превышает 180°.

В Главе 3 приведены результаты анализа встречаемости галактик с при-

дивными хвостами и галактик типа М 51 в нескольких глубоких полях Космического телескопа Хаббл (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS). В сумме в этих площадках найдено около семисот взаимодействующих галактик с красным смещением 2 < 1.5, также выявлено, что при z < 0.7 наблюдаемые пространственные плотности галактик с приливными структурами и галактик типа М 51 увеличиваются ос (1 + z)m, где т « 2.6.

Согласно приведённым оценкам, за последние 6-7 млрд. лет, то есть при ^ < 0.7, примерно треть галактик с М(В) < —18ш должны были испытать сильные гравитационные возмущения и слияния, а ~1/10—1 /5 галактик поглотили относительно маломассивные близкие спутники, типичные для галактик типа М 51. Возможное уменьшение с ростом z шкалы времени, в течение которой далекая галактика выглядит пекулярной, может значительно увеличить оценки темпа слияний.

В Заключении произведено краткое обсуждение результатов изучения взаимодействующих галактик на z ~ 1 и перечислены основные выводы диссертационной работы.

В Приложении А приведены таблицы, содержащие данные о галактиках с приливными структурами (хвостами, перемычками) и о галактиках типа М 51 в нескольких сверхглубоких площадках Космического телескопа Хаббл (HDF-N, HDF-S, HUDF, GOODS, GEMS).

В Приложении В представлены характеристики галактик типа М 51 и приливных структур далеких и близких взаимодействующих галактик, входящих в выборку.

1 Взаимодействующие галактики в глубоких полях Космического телескопа Хаббл

1.1 Введение

Взаимодействующие галактики были известны очень давно. Еще в конце XVIII века Вильям Гершель описал несколько систем туманностей (как мы сейчас знаем - галактик), в которых объекты соединены тонкими светящимися перемычками [25]. В XX веке пионерами исследований взаимодействующих галактик были Пиз, Хольмберг, Цвикки, однако наиболее важную роль сыграли работы Воронцова-Вельяминова и Арпа. Их каталоги и атласы взаимодействующих и пекулярных галактик ([3], [81]) впервые ясно показали, что такие объекты не являются исключениями, а встречаются относительно часто, и что объяснение их наблюдаемой морфологии является актуальной и важной задачей. Работы, посвященные численному моделированию процессов взаимодействия и слияния галактик, начались еще в 1960-е годы (см., например, [40], [60], [77]) и продолжают активно развиваться и в наше время.

Интерес, который вызывает изучение и моделирование взаимодействующих галактик, связан с тем, что взаимные сближения и слияния галактик играют важную роль в их эволюции. Говоря в целом, галактики не являются "островными вселенными", возникающими и развивающимися в изоляции. (Такие галактики, возможно, есть, но их относительно немного.) По-видимому, большинство ярких галактик испытали в ходе своей эволюции внешнюю аккрецию, поглощение спутников, гравитационное возмущение или даже слияния с галактиками сравнимой массы.

Целью этой главы является составление выборки взаимодействующих галактик на основе наблюдений нескольких глубоких площадок на Космическом телескопе Хаббл (НБТ1) ([93], [94], [95]). В качестве признаков взаимодействия галактик мы будем рассматривать наличие у них протяженных образований (хвостов и перемычек) (см., например, рис. 4, 1, 2) [67], а также наличие близких спутников (галактики типа М51) (см., например, рис. 3) [38].

В предшествующих работах было показано, что такие объекты уверенно идентифицируются с помощью космических ([65], [66], [68]) и даже наземных [10] наблюдений вплоть до красных смещений г ~ 1. Результаты этой главы будут использованы нами в дальнейшем для детального изучения структуры приливных образований далеких галактик, а также для оценки частоты взаимодействий галактик на 2 ~ 1.

1.2 Каталог взаимодействующих галактик

В качестве наблюдательного материала для поиска взаимодействующих галактик нами были использованы результаты наблюдений на HST пяти глубоких площадок: Северное глубокое поле - HDF-N2 [96], Южное глубокое поле - HDF-S3 [97], Сверхглубокое поле - HUDF4 [98], GOODS5 [99] и GEMS6 [100].

1 Hubble Space Telescope - Космический телескоп «Хаббл» - автоматизированная обсерватория на орбите вокруг Земли, названная в честь Эдвина Хаббла, телескоп «Хаббл» - совместный проект НАСА и Европейского Космическ�