Звездное население ядер галактик тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

московский государственный университет

ИМ. м.в. ломоносова

Р Г 3 ОД На ПРаВаХ РУКОПИСИ

V :ПР

удк 524.7

сильченко ольга касьяновна

звездное население ядер галактик

Специальность 01.03.02 - Астрофизика, радиоастрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук

ЕФРЕМОВ Ю.Н.

- доктор физико-математических наук

ТУТУКОВ Л.В.

- доктор физико-математических наук

КОМБЕРГ Б.В.

Ведущая организация - Специальная астрофизическая обсерватория РАН Защита состоится " .1) " 199 Ч г. в

А.

час.

на заседании Специализированного совета Московского Государственного университета им. м.в. Ломоносова, шифр Д. 053.05.51. Адрес: 119899, Москва, Университетский проспект, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ (Москва, Университетский проспект, 13).

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета канд. физ.-мат. наук

Л.Н. Бондаренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I. Актуальность проблемы

До недавнего времени считалось, что галактики в общем случае состоят из двух основных структурных компонент звездного населения - балджа сфероидальной формы и плоского диска. Предельные морфологические типы демонстрируют только один из двух компонент: эллиптические галактики - только сфероид, неправильные галактики -только диск. Однако в последние годы у многих исследователей появилось и окрепло ощущение, что ядра галактик - речь идет не о сейфертовских ядрах, а об ядрах нормальных, неактивных галактик -представляют собой не центральную часть балджа, а самостоятельную звездную подсистему в галактике. Прежде всего, при высокой поверхностной яркости, они очень компактны, а во многих галактиках, главным образом дисковых, - просто звездообразны. Пионерские работы Лауэра [1] по ядрам эллиптических и Корменди [2] по ядрам дисковых галактик выявили со всей очевидностью, что закон распределения поверхностной яркости Вокулера, в принципе справедливый для эллиптических и балджей спиральных галактик, в центрах галактик не выполняется: ядра имеют свой закон распределения плотности, радиальный масштаб которого, как правило, меньше 345". в самое последнее время, когда стали поступать наблюдательные данные с Хаббловского телескопа, значения этих характерных масштабов еще уменьшились, и во многих случаях радиусы ядер оцениваются теперь в десятые и сотые доли секунды дуги [3,4]. Вслед за структурной обособленностью была обнаружена и динамическая обособленность ядер галактик, прежде всего, конечно, ближайших: в М 31 и М 32 центральные области радиусом 1" (3 пс) -т. е. практически неразрешенные ядра - как выяснилось, вращаются

очень быстро и совершенно независимо от окружающих их балджей [5,6]; в том же 1988 году появились работы о динамической обособленности ядер и в более далеких галактиках - NGC 4594 [7,8] и ряде эллиптических [9,10] - но тут уже шла речь об областях радиусом несколько сотен парсек, и осталось непонятно: или это реальные размеры динамически выделенных ядер в гигантских галактиках ранних типов, или эффект худшего пространственного разрешения. После этих открытий на повестку дня с неизбежностью встал вопрос о звездном населении ядер галактик: каково оно вообще и отличается ли от звездного населения соседней подсистемы -балджа?

Свойства звездного населения ядер галактик мы до сегодняшего дня знаем плохо - и, может быть, даже не потому, что это тяжелая наблюдательная задача, а в большей мере потому, что интерпретация наблюдательных данных по звездному населению требует дополнительных немалых усилий. Интегральный спектр ядра представляет собой сумму спектров отдельных звезд, имеющих (в общем случае) различные массы, возраста, металличности, и чтобы корректно (или хотя бы физично) решить обратную задачу определения характеристик компонент по интегральному спектру, необходимо очень аккуратно строить модели звездного населения. Те считанные работы, которые все-таки были сделаны в области исследования звездного состава ядер галактик - я имею в виду работы Хекмана [11] и Бика и Аллоин [12], - совершенно неудовлетворительны ни по качеству наблюдательного материала - спектры снимались на маленьких 1.5-метровых телескопах, - ни по качеству моделей, построенных для интерпретации этого наблюдательного материала; а их общий вывод -что звездное население ядер всех галактик относительно ранних типов, от Е до Sb, одинаково, - представляется слишком грубым приближением реальности. В последние годы почувствовалось движение

в области исследования ядер эллиптических галактик - считается, что их население,- это старые звезды примерно одного возраста, а это значительно упрощает задачу интерпретации спектров. Появились обширные массивы спектральных и фотометрических наблюдательных данных для ядер эллиптических галактик [13,14] и самые современные, рафинированные модели для старого звездного населения с учетом вариаций металличности [15+17]. в целом, хотя наши представления о звездном населении ядер эллиптических галактик еще далеко не стабилизировались, но несомненный прогресс в этом направлении уже ощутим, и внимание нескольких сильных групп исследователей в США и Германии к этой проблеме не ослабевает. Однако ядра дисковых галактик - значительно более сложные звездные системы - до сих пор представлялись белым пятном.

Между тем, без знания свойств звездного населения ядер галактик всех возможных морфологических типов невозможно создание никаких более или менее убедительных схем формирования и эволюции галактик в целом. Центр галактики - в известном смысле, выделенная точка; на происходящее в нем влияют не только глобальные характеристики галактики и ее эволюция в целом, но и взаимодействие галактики с окружением. Не говоря уже о прямых столкновениях и слияниях галактик, даже параболическое прохождение массивного объекта, как показали теоретические расчеты [18], вызывает существенную перестройку распределения вещества в центре галактики, в частности, образование минибара. Поэтому все схемы формирования и все гипотетические эволюционные события в жизни галактик, в принципе, должны тестироваться на предмет их последствий для ядер галактик - это очень эффективный способ проверки. Например, весьма популярное недавно представление о том, что все эллиптические галактики образовались путем бездиссипативного мержинга карликовых звездных систем, сейчас уже

можно считать потерявшим основу: при численном моделировании бездиссипативного мержинга центральные звездные сгущения - ядра -галактик-продуктов этого процесса получаются слишком большими по сравнению с наблюдениями [19]. Если же обратиться к динамически обособленным ядрам, то пока их находили только в эллиптических галактиках и пока речь шла только о вращении, еще можно было говорить о бездиссипативном мержинге; как только выяснилось, что в эллиптических галактиках динамически обособленные ядра выделены и по металличности [20], появилась необходимость сочетать мержинг и диссипацию; а поскольку в данной работе точно такие же ядра, выделенные и по плотности, и по металличности, обнаружены в спиральных галактиках, встает вопрос: а был ли вообще мержинг? Ибо в процессе слияния галактики не могут сохранить тонкими свои диски, и для спиральных галактик мержинг противопоказан. Таким образом, знание физических свойств звездного населения ядер галактик критично не только для представлений об эволюции самих ядер, но и для представлений об эволюции галактик в целом.

2. Цели работы

Основной целью данной работы являлось исследование звездного населения ядер галактик различных морфологических типов, то есть получение таких физических характеристик, как металличность и возрастной состав звездного населения, и сравнение этих свойств ядер с аналогичными свойствами звездного населения прилегающих участков балджа.

На пути решения этих задач я выделяю следующие промежуточные этапы:

1) Создание теоретической основы анализа интегральных спектров звездных систем, то есть расчет достаточно обширной совокупности

эволюционных моделей звездного населения и на их основе обоснование методов определения металличности и возрастного состава звездного населения по его интегральным цветам и линиям поглощения в интегральном спектре.

2) Получение достаточного количества фотометрических и спектральных наблюдательных данных для ядер галактик и их непосредственных окрестностей.

3) Анализ наблюдательных данных; определение по ним, с использованием методов, разработанных на этапе 1), средней металличности и возрастного состава звездного населения.

4) Интерпретация полученных результатов; построение гипотез о связи свойств звездного населения ядер галактик с глобальными характеристиками "материнских" галактик; обсуждение последствий полученных результатов для теорий формирования и эволюции галактик.

3. Научная новизна

1) При эволюционном моделировании интегральных спектров звездных систем с низким и средним спектральным разрешением впервые применен метод "стандартных временных точек", позволяющий нейтрализовать влияние дискретности исходного набора эволюционных .треков звезд.

2) При эволюционном моделировании интегральных спектров низкого разрешения для звездных систем с несолнечной металличностью впервые применен метод дифференциальных поправок за металличность, позволяющий сочетать теоретический и эмпирический подходы при подборе исходной библиотеки звездных спетров.

3) Предложен новый комплексный метод определения физических характеристик сложного (разновозрастного) звездного населения по

интегральным спектрам с низким разрешением (50 А) в диапазоне 3000f7500 АА.

4) Предложен новый способ диагностики неданних мощных вспышек звездообразования в звездных системах по интегральным спектрам с низким разрешением в диапазоне 4900+7500 АА.

5) По наблюдениям с ЮОО-канальным сканером 6-метрового телескопа CAO РАН получена самая большая для северного неба коллекция спектров ядер галактик различных морфологических типов, в диапазоне 3700+5500 АА, со спектральным разрешением 6+8 А.

6) Впервые обнаружено, что звездное население в ядрах 50% дисковых галактик ранних морфологических типов (SO+Sb) имеет промежуточный возраст, от I до 4 млрд. лет.

7) Впервые доказано, что соотношение химических элементов магния и железа в звездах ядер дисковых галактик всех морфологических типов, от SO до Sc, в основном солнечное, и показано кардинальное отличие ядер дисковых галактик от ядер эллиптических галактик по параметру [Mg/Fe].

8) Впервые прослежена единая зависимость "металличность-светимость" для галактик со старым звездным населением во всем диапазоне масс, от карликовых сфероидальных галактик до гигантских эллиптических, и показано, что индивидуальные отклонения галактик от средней зависимости коррелируют с формой изофот, причем "ящикообразные" изофоты сопровождаются избытком металличности до 2 раз.

9) По наблюдениям с новым панорамным мультизрачковым спектрофотометром 6-метрового телескопа впервые получены радиальные изменения эквивалентных ширин абсорбционных линий магния MgIX5l75 и железа FeIM.5270, 5335 в центральных (до расстояния Ю" от ядра) областях 13 галактик различных морфологических типов, от Е до Sb.

10) Впервые открыты химически выделенные (по отношению к окружающему балджу) ядра в спиральных галактиках с осесимметричными балджами и сильной концентрацией массы в центре.

11) Предложен и применен к 225 галактикам различных морфологических типов оригинальный метод поиска химически выделенных ядер галактик по данным мультиапертурных фотоэлектрических наблюдений.

4. Научная и практическая ценность работы

Новые данные о физических свойствах звездного населения ядер галактик, полученные в этой работе, должны стать основой всех дальнейших построений в области теорий формирования и эволюции галактик. Так, соотношение содержания магния и железа в ядрах эллиптических и дисковых галактик практически определяет длительность эпохи формирования основного звездного населения и позволяет выбрать между непрерывным и вспышечным характером этого процесса. Существование единой зависимости "металличность - светимость" для галактик со старым звездным населением во всем диапазоне масс, скорее всего, исключает бездиссипативный мержинг как главный механизм формирования всех гигантских эллиптических галактик; однако корреляция отклонений от этой зависимости с •формой изофот галактик показывает, что мержинг с известной долей диссипации, сопровождающийся вспышкой звездообразования в ядре, может играть существенную роль в химической эволюции некоторых галактик. Существование в некоторых эллиптических и дисковых галактиках центральных звездных сверхскоплений, обособленных как динамически, так и по свойствам звездного населения (металличности), обязывает теоретиков предусмотреть в эволюции галактик эпизоды, связанные с их формированием. В целом, все эти

результаты могут быть использованы теоретиками Ростовского гос. университета, Института астрономии РАН, ГАШ, Санкт-Петербургского гос. университета при построении моделей образования и эволюции галактик различных морфологических типов.

Кроме того, обширный наблюдательный материал по спектрам и широкополосным цветам и статистика свойств звездного населения ядер и балджей галактик различных морфологических типов могут быть использованы для разделения тепловых и нетепловых компонент спектров активных ядер сейфертовских галактик и для сравнения характеристик околоядерного пространства в галактиках с разной степенью активности ядра. Эта практическая сторона данной работы может быть интересна исследователям активных ядер галактик в CAO РАН и ГАШ. Для нужд CAO на их компьютерах уже реализованы программы эволюционного синтеза интегральных спектров звездных систем.

5. Апробация результатов

Основные результаты этой работы докладывались на следующих совещаниях и семинарах:

- на Всесоюзной конференции "Химическая эволюция галактик" (CAO, 1985);

- на Юй Европейской региональной конференции MAC, секция "Эволюция галактик" (Прага, 1987);

- на совещаниях рабочей группы "Нормальные галактики" (Киев, 1988, и Тарту, 1987);

- на конференции Южной Европейской обсерватории "Структура, динамика и химическая эволюция эллиптических галактик" (Эльба, 1992);

- на Симпозиуме MAC J6 153 "Балджи галактик" (Гент, 1992);

- на международной конференции "Газовые и звездные диски галактик" (CAO, 1993);

- а также на научных семинарах ГАШ, CAO РАН, Института астрономии РАН, Парижского института астрофизики.

е. На защиту выносятся:

1) Эволюционные модели интегральных спектров звездных систем с низким (50 А) и средним (10 А) спектральным разрешением. Предложено несколько диагностических диаграмм: '(низкое разрешение) и (<И>,Са11К) и (<Н>,Ме1Ь) (среднее разрешение) для разделения эффектов возраста и металличности звездного населения, и (^хЮ'^Мв^ (низкое разрешение) для поиска недавних мощных вспышек звездообразования.

2) Расчет эволюции распределения гигантских молекулярных облаков в дисках галактик под действием вязкости и динамического трения о звезды. Получена зависимость скорости натекания газа на центр галактики от глобальных характеристик галактики, в частности, от скорости вращения: чем быстрее вращается галактика, тем больше характерное время процесса.

3) Атлас спектров и каталог эквивалентных ширин 12 наиболее заметных спектральных линия поглощения для ядер 100 галактик различных морфологических типов. Спектры получены в результате наблюдений с ЮОО-канальным сканером 6-метрового телескопа.

4) Новая шкала металличности эллиптических галактик и единая зависимость "металличность-светимость" для старых звездных систем во всем диапазоне масс галактик (Му от -9га до -23й).

5) Обнаружение в ядрах 50% дисковых галактик ранних типов (от БО до БЬ) значительного звездного населения промежуточного возраста, от I до 4 млрд. лет; обнаружение различия в соотношении магния и железа в звездном населении ядер эллиптических и дисковых галактик; и, как следствие, общий вывод о более длительной эпохе основного звездообразования в ядрах дисковых галактик по сравнению с эллиптическими.

6) Открытие химически выделенных ядер в дисковых галактиках с . осесимметричными балджами и сильной концентрацией массы в центре.

7. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения. Последний параграф каждой главы содержит основные результаты и выводы, относящиеся к данной главе, общий объем диссертации - 356 страниц, в той числе 50 рисунков и 26 таблиц; библиография содержит 313 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении сформулированы тема и цели исследования, указано место данной работы на общем фоне состояния исследования галактик в настоящее время и описаны возможности применения результатов данной работы в смежных областях. Заканчивается Введение перечислением результатов, выносимых на защиту.

Первая глава диссертации почти чисто теоретическая и содержит разработку инструментария, используемого в следующих главах для исследования свойств звездного населения ядер галактик. Для

большинства галактик, не разрешаемых на отдельные звезды, источником информации о звездном населении может быть только интегральный спектр галактики, или участка галактики, и чтобы извлечь из интегрального спектра такие характеристики звезд, как средняя металличность, распределение по возрастам и по массам, необходимо строить модели звездного населения.

В §Г дан подробный обзор основных работ по синтезу звездного населения за последние 25 лет, причем отдельно описаны различные варианты метода популяционного синтеза, от самых простых до самых изощренных, и проанализированы его неискоренимые недостатки, и отдельно прослежен ход развития метода эволюционного синтеза, который представляется мне более физичным и которым я в дальнейшем пользуюсь, в конце §1 отмечены те новые детали, которыми отличается метод эволюционного синтеза в моем исполнении.

В §2 моделируются спектры эллиптических галактик с низким спектральным разрешением (50 А). Подобраны индексы, являющиеся характеристиками линий поглощения в интегральном спектре, которые позволяют определить в звездной системе металличность (индекс магния, центрированный на длину волны А.5150) и наклон начальной функции масс звезд (индекс окиси титана, центрированный на длину волны Я7150). в результате сравнения с моделями среднего наблйдаемого интегрального спектра гигантских эллиптических галактик выяснилось, что средняя металличность gE-гaлaктик вдвое меньше солнечной (ге11=0.01) и что наклон начальной функции масс звезд несколько круче закона Солпитера для окрестностей солнца (ае11=3). Удалось также ограничить снизу возраст близких эллиптических галактик: из фотометрии галактик скоплений на красных смещениях г-о. 3-^0.5 было известно ограничение на темп эволюции цвета Д(В-У)/Д]^К0.3, а поскольку модели показывают существенное замедление эволюции цвета с увеличением возраста, то

чтобы мы не почувствовали эволюцию цвета В-У на г=0.5, близкие галактики должны быть старше 10 млрд. лет. Рассчитанные модельные калибровки широкополосных цветов В-У и и-В относительно средней металличности старого звездного населения позволили пересчитать известную эмпирическую зависимость "цвет-абсолютная величина" для эллиптических галактик в термины металличности; получилась формула йХо%Ъ о, -о.17 диу.

В §3 спектры с низким разрешением (50 А) моделируются для звездных систем с разновозрастным населением - для галактик, в которых в настоящую эпоху идет звездообразование. Единственное ограничение - звездообразование ' должно быть монотонно невозрастающим в течение последнего миллиарда лет. Известно, что на двухцветной диаграмме (и-В,В-У) эффекты возраста и металличности вырождены, шаровые скопления Галактики и Бс-галактики расположены вперемешку, и, имея только иВУ-цвета, вы никогда не отличите звездную систему со старым населением, обедненным металлами, от галактики с интенсивным современным звездообразованием и солнечной металличностью. В §3 предлагается диагностическая диаграмма, на которой эффекты звездообразования и металличности разделяются, - это диаграмма (1Ме>В-У). Узкополосный индекс 1М хорош еще и тем, что его не искажает наличие пыли в системе. В результате, расчет сетки моделей на диаграммах (1}1б,В-У) и (и-В,В-У) с одновременным вычислением индекса окиси титана позволил сформулировать метод однозначного определения металличности, интенсивности современного звездообразования, наклона начальной функции масс и внутреннего поглощения по индексам 1И и и широкополосным цветам и-В и В-У. Метод

опробован на интегральных спектрах ядер 3 Бс-галактик, взятых из литературы [21], а также на данных узкополосной и широкополосной фотометрии для центральных областей (балджей) 5 Ба*БЬ галактик,

полученных мною с двухканальным спектрофотометром В.Ю.Теребижа на 125-см телескопе ЗТЭ Крымской лаборатории ГАИШ. Подтверждено, что в ядрах Sc-галактик идет интенсивное звездообразование при солнечной или чуть выше солнечной металличности; в центральных областях Sa-fSb галактик звездообразование намного слабее, а металличность может быть чуть ниже, чем в ядрах Sc-галактик.

В §4 предлагается метод спектральной диагностики тех галактик, к которым неприменимы модели §3. А именно, на диаграмме (Iji0,IMg) галактики с недавними мощными вспышками звездообразования расположены отдельно от галактик с монотонным ходом звездообразования: IJ(g у них понижен из-за мощного вклада в зеленый континуум ОВ-сверхгигантов, a ITiQ - повышен из-за присутствия мощной популяции красных сверхгигантов. При рассмотрении выборки ядер Sc-галактик из [21] вспышки звездообразования в ядре по положению на диаграмме (IxiO'^Mg^ диагностированы у NGC 1084 и 2903 (последняя к тому же известна как галактика с горячими пятнами в ядре); рассчитаны вероятные параметры вспышек звездообразования. Приводятся аргументы в пользу того, что во вспышке звездообразования в ядре NGC 2903 должен быть повышен нижний предел масс вновь образующихся звезд.

В §5 приводятся результаты эволюционного моделирования интегральных спектров звездных систем со средним спектральным разрешением (10 А). В этих моделях зафиксирована солнечная металличность и начальная функция масс Солпитера. Основной результат параграфа - расчет эволюции эквивалентных ширин линий поглощения CalIK, Callll, Jig, G-ПОЛОСЫ, Н^, Hp, MgIX5175, 1[Q. ЕСЛИ линии металлов в интегральном спектре квазимонотонно усиливаются с увеличением среднего возраста звездного населения, то линии поглощения водорода имеют максимум на возрастах порядка нескольких сотен миллионов лет, а затем быстро ослабевают. Этот эффект

позволяет в дальнейшем рассмотрении (в §3 Главы II) использовать диагностическую диаграмму, у которой по оси ординат отложена средняя эквивалентная ширина бальмеровских абсорбций К^, Н^ и Н^, а по оси абсцисс - эквивалентная ширина какой-либо сильной линии металла - либо СаЫК, либо правда, если линия убывания

возраста звездного населения на такой диаграмме строится на основе расчетов данного параграфа, то линию убывания металличности старого звездного населения пришлось определять эмпирически - по наблюдательным данным для шаровых скоплений Галактики.

Предпоследний §6 Главы I стоит несколько особняком - в нем речь идет не о синтезе звездного населения, а о газодинамическом моделировании эволюции радиального распределения гигантских молекулярных облаков в дисках галактик под действием вязкости и динамического трения о звезды. Как показали результаты моделирования, эти механизмы приводят к медленному дрейфу облаков в центр галактики с характерными скоростями порядка I км/с. Временной масштаб этого процесса зависит от глобальных физических свойств галактики; в частности, характерное время радиального дрейфа облаков к центру прямо пропорционально скорости вращения галактики, достигаемой на плоском участке кривой вращения. Результаты этого параграфа я использую в дальнейших главах для интерпретации различий в ходе процессов звездообразования в ядрах спиральных галактик.

в §7 суммированы основные результаты и выводы главы I.

Вторая глава диссертации содержит массовое исследование характеристик звездного населения - металличности и возрастного состава - ядер близких галактик различных морфологических типов, от Е до Бс.

Первый параграф - это введение к главе II; в нем характеризуются наиболее крупные работы, вышедшие за последние 15

лет и посвященные звездному населению ядер галактик.

В 52 описаны наблюдения, приведены результаты измерений эквивалентных ширин спектральных линий в ядрах loo галактик и сделаны статистические оценки как точности наблюдательных данных, так и глобальных свойств звездного населения. Наблюдения были проведены в 1986+1989 гг. с помощью IOOO-канального сканера в фокусе Нэсмита 6-метрового телескопа. Были получены спектры в интервале длин волн 3700+5500 АА, с дисперсией 1.8 А/кан. (спектральное разрешение 5+8 А); по этим спектрам были измерены эквивалентные ширины 12 самых сильных линий поглощения, а также таких эмиссионных линий, как [0IIJA.3727, [0111]\5007, И и Н^. Точность эквивалентных ширин оценивается в 0.8 А. Ядра большинства Sc-галактик демонстрируют эмиссионные спектры с возбуждением типа "HII-областей": соотношение интенсивностей эмиссионных линий говорит о мощном современном процессе рождения звезд из газа с примерно солнечной металличностью. Ядра подавляющего большинства эллиптических галактик демонстрируют чисто абсорбционные- спектры с сильными линиями металлов Fe, Са, Mg и молекулярными полосами TiO, СИ, СН, MgH и др., из бальмеровской серии заметна лишь Ир, причем уширенная, как будто она блендируется с какой-то молекулярной полосой; такие спектры получаются при моделировании старого (10+15 млрд. лет) звездного населения с примерно солнечной ■ металличностью. А вот ядра дисковых галактик ранних типов -SO+Sa+Sb - оказались очень неоднородным семейством: половина имеет спектры, подобные спектрам ядер эллиптических галактик, а половина демонстрирует мощные бальмеровские абсорбции - так называемый спектральный тип "11".

В §3 дается ответ на вопрос: какие именно характеристики звездного населения в И-ядрах дисковых галактик ответственны за мощные бальмеровские абсорбции в интегральном спектре - пониженная

металличность или относительно небольшой возраст? На диаграмме (<][>, Са11К), где <Н> - средняя эквивалентная ширина линий поглощения Н^, И^ и И^, эффекты возраста и металличности звездного населения разделяются. Положение на этой диаграмме Н-ядер дисковых галактик ранних типов я сравниваю, с одной стороны, с расположением шаровых скоплений - старых звездных систем, обедненных металлами, - с другой стороны, с моделями из §5 Главы I, имеющими солнечную металличность и возраст, меняющийся от I до 15 млрд. лет, либо меняющуюся интенсивность современного звездообразования при возрасте 15 млрд. лет. Результат сравнения однозначен: подавляющее большинство Н-ядер - а их имеют 50% всех дисковых галактик ранних типов, в том числе 50% линзовидных галактик - демонстрирует значительную долю звездного населения моложе 5 млрд. лет.

В §4 исследуется положение ядер эллиптических и дисковых галактик на диаграмме (Ге1А5270, Ие1Я5175). Рассчитав весьма совершенные эволюционные модели, Фабер с соавторами [22] показали, что на этой диаграмме изменение любого из параметров сдвигает звездную систему вдоль одной и той же линии, и, следовательно, все галактики, в звездах которых соотношение железа и магния солнечное, должны располагаться единой узкой последовательностью; и однако сразу же был обнаружен класс объектов, которые заметно отклоняются от модельной кривой: гигантские эллиптические галактики демонстрируют заметное переобогащение магнием по отношению к железу. По своим наблюдательным данным я в основном подтверждаю результат [22]: эллиптические галактики действительно в среднем отклоняются вправо и вниз от модельной кривой [1^/Ре]=0. А вот дисковые галактики, от Бо до Бс, как с молодым звездным населением, так и со старым, в большинстве точно следуют модельной кривой - за исключением нескольких (в том числе 4 членов группы

И 96 в созвездии Льва), которые имеют избыток железа по отношению к магнию. Это радикальное отличие звездного населения ядер дисковых галактик от звездного населения ядер эллиптических галактик, скорее всего, свидетельствует о более длительной эпохе основного звездообразования в ядре при наличии глобального диска в галактике.

В §5 определены металлинности звездного населения для тех ядер галактик, где оно старо, в основном по линии поглощения MgIA.5175. При этом использовались калибровки как эмпирические - по шаровым скоплениям Галактики, для металличностей меньших, чем. половина солнечной, - так и теоретические, из Главы I и работ других авторов, - для металличностей, близких к солнечной. Подвыборка из 30 эллиптических галактик, для которых определены металличности, позволила исследовать некоторые статистические зависимости для старых звездных систем, в первую очередь, известную зависимость "металличность-светимость". Полученные наклон и нуль-пункт линейной зависимости "металличность - -интегральная абсолютная звездная величина" хорошо согласуются с данными по карликовым сфероидальным галактикам [23]; таким образом, впервые установлена единая зависимость "металличность-светимость" для галактик со старым звездным населением во всем диапазоне масс галактик, Му от -9га от -23ш, к тому же согласующаяся с той, что получалась ранее в Главе I по наблюдаемой корреляции "цвет-абсолютная звездная величина"; это свидетельствует в пользу единого механизма формирования эллиптических галактик всех светимостей. Однако индивидуальные отклонения галактик от средней зависимости "металличность -- светимость", как оказалось, коррелируют с параметром формы изофот а(4), причем "ящикообразные" изофоты сопровождаются избытком металлов, иногда до двух раз. Это говорит о том, что

мержинг, непременно с небольшой долей диссипации, сопровождающийся вспышкой звездообразования в ядре, тоже играет значительную роль в химической эволюции некоторых эллиптических галактик.

Поскольку полученная в §5 новая шкала металличности эллиптических галактик оказалась сдвинутой относительно шкалы, существовавшей до сих пор, примерно на 0.4 dex в сторону меньших металличностей, в §6 в качестве проверки этого результата представлены наблюдательные данные для 2 эллиптических галактик, полученные на другом приборе и на другом телескопе. На 125-см телескопе ЗТЭ Крымской лаборатории ГЛНШ, с помощью двухканального спектрофотометра В.Ю.Теребижа, был измерен индекс магния и UBV-цвета для центральных областей М 32 и NGC 3379. Результаты этих наблюдений также хорошо укладываются в новую шкалу металличности эллиптических галактик.

В §7 суммируются основные результаты и выводы Главы II.

В третьей главе речь идет о совершенно новом явлении, открытие которого стало возможно только в самые последние годы благодаря повышению пространственного разрешения спектральных наблюдений - о выделенных ядрах галактик.

В §1 - традиционное введение, где обозреваются работы по радиальным градиентам спектральных линий, которые, впрочем, до сих пор считались квазилинейными в логарифмических координатах, и рассказывается об открытии динамически выделенных ядер как в эллиптических, так и в ряде спиральных галактик.

В 52 я сообщаю об открытии нами еие нескольких кинематически выделенных ядер спиральных галактик в дополнение к М 31 и NGC 4594, исследованных нашими западными коллегами. Наши кинематические исследования опираются на измерения эмиссионных спектральных линий, газ является динамически холодной системой (дисперсия скоростей облаков мала) и вращается в плоскости,

поэтому двумерные карты лучевых скоростей позволяют восстановить истинную геометрию вращения газового диска, которая, в свою очередь, достаточно однозначно отражает форму гравитационного потенциала. В ходе наших кинематических исследований выяснилось, что хотя участки, выделяющиеся своим наклоном, видны на кривых лучевых скоростей более половины спиральных галактик, далеко не все из них обязаны иметь сильную концентрацию массы в центре. Триаксиальный потенциал в центре галактики (минибар) также может имитировать динамически выделенное ядро. Чтобы констатировать концентрацию массы в кинематически выделенном ядре,• нужно предварительно убедиться в круговом характере вращения и аксиальной симметрии балджа.

В §3 как раз и исследуется аксиальная симметрия балджей в 5 спиральных галактиках ранних типов, кинематика ядерного газа которых описана в §2, В моде прямых изображений нового мультиэрачкового волоконного спектрофотометра 6-метрового телескопа (MPFS) были зарегистрированы их центральные (диаметром около 30") области и построены изофоты, для которых определены ориентация (позиционный угол большой оси) и эллиптичность. Если балдж - эллипсоид вращения, он даст в проекции на небесную сферу изофоты, сориентированные так же, как и изофоты внешнего диска. Если же мы наблюдаем поворот большой оси изофот при переходе от внешних областей галактики к внутренним, это означает, что балдж имеет триаксиальную форму. Результаты нашего исследования трудно назвать нeoжидáнными: у NGC 615, 7013 и 7331, круговой характер вращения газа в ядрах которых был доказан в §2, ориентация внутренних и внешних изофот совпадает; следовательно, подтверждается аксиальная симметрия балджей этих галактик, А у NGC 2655 и 7217, движения газа в ядрах которых трудно интерпретировать как круговое вращение, поворот большой оси изофот налицо, и,

следовательно, можно констатировать триаксиальную форму потенциала.

В §4 предпринята попытка поиска ядер галактик, выделенных по свойствам звездного населения, основываясь на их широкополосной фотометрии. Сначала на телескопе ЗТЭ Крымской лаборатории ГАИШ были получены оценки цвета В-У в 5-секундную диафрагму для ядер полутора десятков галактик различных морфологических типов (потому что, вообще говоря, такие данные крайне редки), затем эти цвета сравнивались с цветами (В-У) балджей, вычисленными очень точно на основе . мультиапертурной фотоэлектрии с помощью оригинальной методики. Выделенные красные ядра были обнаружены в 9 дисковых галактиках ранних типов; средняя разница в цвете между ядром и балджем, <Д(В-У)>=0.18±0.03, будучи отнесена на счет металличности, говорит о том, что скачок металличности между ядром и балджем может достигать порядка. Однако, чтобы убедиться, что скачок в цвете соответствует именно скачку металличности, а не скачку возраста или какой-либо другой характеристики, необходимы были спектральные наблюдения. Эта работа была сделана и составила содержание пятого параграфа.

В §5 представлены наблюдения радиальных изменений эквивалентных ширин линий поглощения 1^1X5175, Ре17\А5270, 5335 и Кр в 12 галактиках различных морфологических типов. Наблюдения были выполнены в 1989-1990 гг. на 6-метровом телескопе с мультизрачковым волоконным спектрофотометром ИРГБ. За одну экспозицию мы получали одновременно 72 спектра с площадки размером 8-9 элементов, каждый элемент - квадрат со стороной 1.25". Спектральный диапазон наблюдений был примерно 4750+5500 АА, дисперсия - 1.3 А/кан. в 1989 г. и 2. о А/кан. в 1990 г. далее спектры были просуммированы в концентрических кольцах шириной I", и по ним измерены эквивалентные ширины линий поглощения. Точность

эквивалентных ширин мы оценили как 0.3 А - т.е. почта в 3 раза лучше, чем рри сканерных наблюдениях, в результате в 7 галактиках из iz-ти был обнаружен скачок эквивалентной ширины линии магния между ядром и окружающим его балджем; самый маленький скачок - 1.7 А - в NGC 7331, в остальных шести галактиках скачок достигает 2.2+2.8 А, т. е. заведомо превышает 36 и, будучи прокалиброван в терминах • металличности, действительно означает изменение металличности на порядок. А то, что изменяется именно металличность, доказывает расположение балджей галактик на диаграмме (EVMg, B-V) - среди шаровых скоплений Галактики'. Когда же мы рассматриваем отдельно б спиральных галактик, выясняется, что в галактиках с крутым градиентом лучевой скорости в ядре и круговым вращением газа - в NGC 615, 7013 и 7331 - скачок линии магния в ядре есть, а в галактиках с триаксиальными балджами - в NGC 2655, 4736 и 7217 - такого скачка нет. Таким образом, динамическая обособленность - присутствие в центре массивного компактного объекта - и химическая выделенность ядра - его повышенная металличность - оказываются связанными.

в §6 рассматривается вопрос, насколько частым явлением могут быть обособленные ядра галактик, и обосновывается программа их дальнейших поисков. Самая обширная выборка галактик, перспективная в этом смысле, - это галактики, имеющие фотометрические измерения в нескольких диафрагмах разных размеров. В отсутствие сильного градиента цвета все подобные измерения для одной галактики на диаграмме потоков (FB, Fy) должны лежать на одной прямой; а если ядро выделено по цвету - прямая не будет проходить через ноль. Остается только провести через наблюдаемые точки прямую методом наименьших квадратов и проверить, равен ли нулю свободный член линейной формулы. Я применила эту процедуру поиска к хорошо известному фотоэлектрическому каталогу Лонго и Вокулер [24,25],

где 350 галактик имеют 10 и более измерений в разных диафрагмах. Выяснилось, что выделенные красные ядра с большой вероятностью присутствуют примерно в 2556 эллиптических и линзовидных галактик и более, чем в 50% спиральных галактик ранних типов. Однако чтобы проверить, действительно ли эти красные ядра являются химически выделенными, а не просто погруженными в облако пыли, нужны дальнейшие спектральные наблюдения. Список вероятных кандидатов на обладание химически выделенными ядрами на северном небе насчитывает 35 объектов.

В §7 подводятся краткие итоги Главы III и констатируется открытие химически выделенных ядер' в спиральных галактиках с протяженными осесимметричными балджами и сильной концентрацией массы в центре.

В Заключении дается список работ, в которых опубликованы основные результаты этой диссертации, и освещается роль соавторов в написании этих работ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. сильченко O.K. "Моделирование показателей цвета и спектров галактик с нормальным химическим составом". - Астрон. журн., 1982, Т. 59, J65, С. 855-863.

2. Сильченко O.K. "Влияние горизонтальной ветви на цвет шаровых скоплений". - Письма в Астрон. журн., 1983, т.9, №5, с.273-279.

3. Засов A.B., сильченко O.K. "Цвет и химический состав эллиптических галактик". - Астрон. журн., 1983, т. 60, Jí6, С.1063-1072.

4. Сильченко O.K. "Определение интенсивности звездообразования по интегральному спектру звездной системы". - Письма в Астрон. журн., 1984, т. 10, JSI, С. 19-26.

5. Сильченко O.K. "Вспышки звездообразования в ядрах Sc-галактик". - Астрой, журн., 1984, Т. 61, /84, С. 634-638.

6. Sil'chenko O.K. "The integrated colours of some spiral galaxies". - Astrophys. Space Science, 1985, v.117, J6I, pp.83-87.

7. сильченко O.K., Трифаленков и.А. "Узкополосная фотометрия И 32". - Письма В Астрон. журн. , 1986, Т. 12, /67, С. 529-534.

8. Сильченко O.K. "Интенсивность звездообразования в центральных областях нормальных дисковых галактик". - В сб. "Активные ядра и звездная космогония"/Под. ред. Д.Я.Мартынова: м.: Изд.МГУ, 1987. С. 186-200.

9. Сильченко O.K., Липунов B.M. "Аккреция газовых дисков галактик.

I. Влияние динамического трения на крупномасштабное распределение Н2". - Астрофизика, 1987, Т. 25, /52, С. 363-375.

Ю. Сильченко О. К., Липунов В. М. "Аккреция газовых дисков галактик. II. Учет вязкости в диске, состоящем из гигантских молекулярных облаков". - Астрофизика, 1987, т. 26, /S3, с. 443-456.

II. Sil'chenko O.K. "Star formation rate in central parts of spiral galaxies". - In: "Evolution of galaxies". Proc. of 10th European regional astronomy meeting of the IAU, v.4/Ed. by J.Palous. Praha: 1987. Pp.115-118.

12. Afanasiev V.L., Sil'chenko O.K., Zasov A.V. "Large angular rotation velocity of the central parts of some spiral galaxies". -

■Astron. Astrophys., 1989, v.213, №1/2, p.L9-Lll.

13. Сильченко O.K. "Фотометрия ядер нормальных галактик". - Письма В Астрон. журн., 1989, т. 15, JE6, с.493-500.

14. Сильченко O.K., Шаповалова А. И. "Спектрофотометрия ядер нормальных галактик. I." - сообщ. САО АН СССР, 1989, /860, с. 44-56.

15. Сильченко O.K. "Спектрофотометрия ядер нормальных галактик. II." - Сообщ. САО АН СССР, 1990, К65, С.75-90.

16. Sil'chenko O.K., Burenkov A.N. "Is NGC 2655 a new nearby

Seyfert galaxy?" - Astron. Astrophys., 1990, v.233, p.314-316.

17. Сильченко О.К., власюк В. В. "Аксиальная симметрия балджей спиральных галактик". - Письма в Астрон. журн., 1992, т. 18, J68, с.643-653.

18. Сильченко O.K., Афанасьев В.Л., Власюк В.В. "Химически обособленные ядра галактик". - Астрон. журн., 1992, т.69, №6, с.II2I-II35.

19. Balinskaya I.S., Sil'chenko O.K. "The evolutionary synthesis method of modelling". - "Астрофизические исследования. Изв. CAO РАН", 1993, Т.35, С.43-59.

20. Сильченко O.K. "Возраст звездного населения в ядрах дисковых галактик". - Письма в Астрон. журн., 1993, т. 19, J68, с.693-700.

21. Сильченко O.K. "Соотношение содержания Mg и Fe в ядрах эллиптических и дисковых галактик". - Письма в Астрон. журн., 1993, Т. 19, Мв, с. 701-707.

22. Zasov А.V., Sil'chenko O.K. "Rotation of gas in the inner bulges of galaxies." - In: "Structure, dynamics and chemical evolution of elliptical galaxies". ESQ Conference and Workshop Proceedings JM5/Ed. by I.J.Danziger, V.V.Zeilinger and K.Kjar. Garching: 1993. Pp.607-613.

23. Sil'chenko O.K. "Abundance jump in the inner bulges of galaxies". - In: "Galactic bulges". IAU Symp. K153/Ed. by H.Habing and H.Dejonghe. Dordrecht: Kluwer Academic Publisher, 1993. Pp. 427-428.

24. Sil'chenko O.K. "Stellar population in the nuclei of early-type galaxies". - In: "Galactic bulges". IAU Symp. J6153/Ed. by H.Habing and H.Dejonghe. Dordrecht: Kluwer Academic Publisher, 1993. Pp. 429-430.

25. Rocca-Volmerange В., Sil'chenko O.K. "On the difference in formation history between bulges and ellipticals". - In: "Galactic

bulges". IAU Symp. W153/Ed. by H.JIabing and H.Dejonghe. Dordrecht: Kluwer Academic Publisher, 1993. Pp. 431-432. 26. Сильченко O.K. "Металличность эллиптических галактик". Астрон. журн., 1994, т. 71, JSI, с. 7-16.

Личный вклад автора. В работе [3] автору принадлежит расчет эволюционных моделей интегральных спектров звездных систем и равноправное с соавтором осмысление результатов. В [7] автору принадлежит равноправное с соавтором участие в наблюдениях и полностью - интерпретация результатов. В [9,10] автору принадлежит расчет газодинамических моделей и равноправное с соавтором осмысление результатов. В [12] автору принадлежит равноправное с соавторами участие в наблюдениях и интерпретации данных и полностью - обработка наблюдений. в [14,16,17,18] автору принадлежит равноправные с соавторами участие в наблюдениях, обработка наблюдательных данных, и полностью - интерпретация, результатов. В [19] автору принадлежит идеология, подбор параметров модели, написание основных узлов программы эволюционного моделирования интегральных спектров со средним разрешением и равноправное с соавтором участие в интерпретации результатов. В [22] автору принадлежит подбор наблюдательных данных и равноправное с соавтором участие в их обобщении. В [25] автору принадлежат наблюдательные данные и равноправное с соавтором участие в их сравнении с моделями. Во всех совместных работах, кроме [9,10,12,22], автору принадлежит постановка задачи.

Цитируемая литература

1. Lauer T.R., Itigh-resolution surface photometry of elliptical galaxies. - Astrophys. J. Suppl. Ser., 1985, v.57, pp.473-502.

2. Kormendy J., Brightness profiles of the cores of bulges and elliptical galaxies. - Astrophys. J., 1985, v.292, pp.L9-L13.

3. Moller P., Stiavelli M., Zeilinger V.V., Cores of elliptical galaxies at high resolution. - In: Structure, dynamics and chemical evolution of elliptical galaxies. ESO Conference and Workshop Proceedings No.45/ Ed. by I.J.Danziger, V.V.Zeilinger and K.Kjar. Garching: ESO Press, 1993. Pp.131-136.

4. Crane P., Stiavelli M., King I.E., Deharveng J.M., Albrecht R., Barbieri C., Blades J.C., Boksenberg A., Disney M.J., Jakobsen P., Kamperman T.M., Macchetto F., Mackay C.D., Paresce F., Veigelt G., Baxter D., Greenfield P-i Jedrzejewski R., Nota A., Sparks V.B., High resolution imaging of galaxy cores. - Preprint ESO N 923, 1993.

5. Kormendy J., Evidence for a superraassive black hole in the nucleus of M 31. - Astrophys. J., 1988, v.325, pp. 128-141.

6. Dressier A., Richstone D.O., Stellar dynamics in the nuclei of M 31 and M 32: evidence for massive black holes. - Astrophys. J., 1988, v.324, pp.701-713.

7. Kormendy J., Evidence for a central dark mass in NGC 4594 (the Sombrero galaxy). - Astrophys. J., 1988, v.335, pp.40-56.

8. Jarvis B.J., Dubath P., Kinematic evidence for a central mass concentration in the Sombrero galaxy (NGC 4594). - Astron. Astrophys., 1988, v.201, pp.L33-L37.

9. Bender tt., Rotating and counter-rotating cores in elliptical galaxies. - Astron. Astrophys., 1988, v.202, pp.L5-L8.

10. Jedrzejewski R., Schechter P.L., Evidence for dynamical

subsystems in elliptical galaxies. - Astrophys. J., 1988, v.330, pp.L87-L91.

11. Jleckman T.M., An optical and radio survey of the nuclei of bright galaxies. Stellar populations and normal HII regions. Astron. Astrophys., 1980, v.87, pp.112-151.

12. Bica E., Alloin D., Analysis of absorption-line spectra in a sample of- 164 galactic nuclei. - Astron. Astrophys. Suppl. Ser., 1987, v.70, pp.281-301.

13. Davies R.L., Burstein D., Dressier A., Faber S.M., Lynden-Bell D., Terlevich R.J., Vegner G., Spectroscopy and photometry of elliptical galaxies. II. The spectroscopic parameters. Astrophys. J. Suppl. Ser., 1987, v.64, pp.581-600.

14. Burstein D., Davies R.L., Dressier A., Faber S.M., Stone R.P.S., Lynden-Bell D., Terlevich R.J., Vegner G., Spectroscopy and photometry of elliptical galaxies. III. UBV-aperture photometry, CCD-photometry, and magnitude related parameters. -Astrophys. J. Suppl. Ser., 1987, v.64, pp.601-642.

15. Arimoto Pf., Yoshii Y., Photometric and chemical evolution of galaxies based on an evolutionary method of population synthesis. - Astron. Astrophys., 1986, v.164, pp.260-273.

16. Buzzoni A., Evolutionary population synthesis in stellar systems. I. A global approach. - Astrophys. J. Suppl. Ser., 1989, v.71, pp.817-869.

17. Vorthey G., The controlling parameters of the integrated flux of a stellar population. - Ph.D.Dissertation, Santa Cruz, 1992, 310 pp.

18. Noguchi M., Close encounter betveen galaxies. II. Tidal deformation of a disc galaxy stabilized by massive halo. - Monthly Notices Roy. Astron. Soc., 1987, v.228, pp.635-651.

19. Hernquist L., Structure of merger remnants. I. Bulgeless

progenitors. - Astrophys. J., 1992, v.400, pp.460-475.

20. Bender R., Surma P., Mgg line-strength profiles of elliptical galaxies with kinematically decoupled cores. - Astron. Astrophys., 1992, v.258, pp.250-254.

21. Turnrose B.E., The stellar content of the nuclear regions of Sc-galaxies. - Astrophys. J., 1976, v.210, pp.33-57.

22. Faber S.M., Vorthey G., Gonzalez J.J., Absorption-line spectra of elliptical galaxies and their relation to elliptical formation. - In: The stellar populations of galaxies. IAU Symp. No.149/ Ed. by B.Barbuy and A. Renzini. Dordrecht/Boston/London: Kluver Academic Publisher, 1992. Pp.255-265:

23. Da Costa G.S., Dwarf spheroidal galaxies. - In: The stellar populations of galaxies. IAU Symp. No.149/ Ed. by B.Barbuy and A. Renzini. Dordrecht/Boston/London : Kluver Academic Publisher, 1992, Pp.191-200.

24. Longo G., de Vaucouleurs A., A general catalogue of photoelectric magnitudes and colours in the U,B,V system. Austin: Univ. Texas Press, 1983.

25. Longo G., de Vaucouleurs A., Supplement to the general catalogue of photoelectric magnitudes and colours of galaxies in the U,B,V system. Austin: Univ. Texas Press, 1985.