Наблюдательное исследование кандидатов в галактики с полярными кольцами

Содержание
Введение 4
1 Методика фотометрического и спектрального исследования протяженных объектов 13
1.1 Наблюдения.......................‘..................................... 13
1.2 Первичные редукции ПЗС-иоображений.................................... 15
1.3 Поверхностная фотометрия галактик..................................... 18
1.3.1 Учет фона неба.................................................. 18
1.3.2 Определение инструментальных звездных величин................... 20
1.3.3 Приведение к стандартной фотометрической системе............ 21
1.3.4 Редукции за поглощение в нашей Галактике и красное смещение . 23
1.3.5 Точность поверхностной фотометрии............................... 24
1.3.6 Представление результатов поверхностной фотометрии.............. 26
1.4 Звездная фотометрия................................................... 31
1.4.1 Апертурная фотометрия........................................... 32
1.4.2 РЭГ-фотометрия.................................................. 33
1.5 Спектральное исследование кинематики газа в галактиках................ 35
1.5.1 Редукции спектральных наблюдений ............................... 36
1.5.2 Кривые вращения................................................. 39
2 Галактики с полярными кольцами 43
2.1 Обзор наблюдательных данных о галактиках с полярными кольцами ... 43
1
СОДЕРЖАНИЕ
2
2.1.1 Введение ......................................................... 43
2.1.2 Каталог ГПК (КГПК)................................................ 45
2.1.3 Основные характеристики классических ГПК.......................... 47
2.1.4 Механизмы возникновения ГПК....................................... 54
2.2 Фотометрическое и спектральное исследование галактики с полярным кольцом UGC 5600 ............................................................. 56
2.2.1 Введение.......................................................... 56
2.2.2 Результаты наблюдений и обсуждение................................ 58
2.2.3 Заключение........................................................ 77
2.3 Исследование звездного населения галактики с полярным кольцом NGC 4650А 79
2.3.1 Введение ......................................................... 79
2.3.2 Наблюдательные данные............................................. 84
2.3.3 Результаты наблюдений и обсуждение................................ 85
3 Кандидаты в галактики с полярными кольцами 94
3.1 Изучение объекта ZGC 2315+03, кандидата в галактики с полярными
кольцами ................................................................ 94
3.1.1 Введение ........................................................ 94
3.1.2 Результаты наблюдений........................................... 97
3.1.3 Анализ наблюдательных данных и обсуждение.........................108
3.1.4 Заключение....................................................... 111
3.2 Фотометрическое изучение пекулярной галактики UGC 4332 .............. 112
3.2.1 Введение......................................................... 112
3.2.2 Результаты наблюдений.......................................... 114
3.2.3 Обсуждение результатов и выводы.................................125
Заключение 127
Благодарности
129
СОДЕРЖАНИЕ________________________________________________________________3
Список рисунков 137
Список таблиц 139
Приложение 139
А 140
Введение
В начале 20-х годов прошлого столетия в обсерватории Маунт Вилсон вступил в строй крупнейший по тем временам телескоп с диаметром зеркала 2.5 м. Эдвин Хаббл по фотографиям, полученным на этом телескопе, разложил на звезды периферию туманности Андромеды, туманность в Треугольнике и некоторые другие туманности. Он обнаружил там цефеиды и определил расстояния до них, доказав, тем самым, внегалактическую природу спиральных туманностей.
До пачала 70-х годов XX века галактики как правило рассматривались как изолированные объекты, без какого-либо учета их влияния друг на друга. Однако, начиная с классической работы братьев Тумре [85], в которой было показано, что многие особенности пекулярных галактик могут быть объяснены гравитационным взаимодействием, было осознано, что важнейшую роль в эволюции галактик играет взаимодействие между ними. Среднее расстояние между галактиками в скоплениях примерно всего в 10 раз превышает размер типичной галактики, поэтому столкновения между такимим объектами — частое событие. Оно может приводить к кардинальному изменению динамики звезд и межзвездной среды в галактиках. При этом естественно основную роль играют не парные столкновения звезд, а. гравитационное воздействие на отдельные звезды возмущающего объекта (пролетающей галактики) в целом. Результат столкновения во многом определяется величиной относительной скорости галактик. Так, в группах галактик с небольшим числом членов их скорости сравнительно малы, поэтому взаимодействие часто приводит к слиянию объектов. В больших группах галактики двигаются быстрее, что препятствует их слиянию, но может привести к возникновению различных особенностей.
4
ВВЕДЕНИЕ
5
Исследование взаимодействующих галактик в настоящее время является одним из быстро развивающихся направлений виегалактичссой астрономии. Гравитационное взаимодействие между галактиками не только влияет на ход их эволюции, но и изменяет их фундаментальные характеристики, такие как морфологический тип, светимость, размеры, распределение массы. Наблюдаемыми проявлениями взаимодействия являются асимметрия распределения поверхпостной яркости; некулярности показателей цвета, свидетельствующие о вспышках звездообразования; наличие хвостов и перемычек; искривление плоскостей дисков; наличие вращающихся под разными углами к плоскости галактики подсистем газа. Поэтому изучение галактик с разными типами пекуляр-ностей может дать сведения о характере взаимодействия и эволюции галактических систем.
Среди взаимодействующих систем галактики с полярными кольцами (далее ГПК) занимают особое место, поскольку возникновение их — это результат либо тесного сближения галактик, либо слияния [93]. Существование галактик с кольцом или диском, состоящим из газа, пыли и звезд и вращающимся в плоскости, примерно перпендикулярной большой оси главного тела галактики, открывает новые возможности для изучения кинематики и эволюции галактик. А уникальная геометрия ГПК позволяет тестировать трехмерную форму потенциала центральной галактики. Поэтому актуальность изучения этих объектов не вызывает сомнений.
Цели работы
Целями данной диссертационной работы являются:
1. Получение новых фотометрических и спектральных данных для некоторых галактик из ” Каталога галактик с полярными кольцами и возможных кандидатов в такие галактики” [93] (КГПК) с целью уточнения их принадлежности к классу ГПК.
2. Разрешение на звезды полярного кольца галактики NGC 4650А для изучения его звездного населения.
ВВЕДЕНИЕ
б
3. Уточнение основных характеристик и особенностей ГПК.
Научная новизна
Для 3 галактик из КГПК были получены ПЗС-снимки на 6-м телескопе Специальной Астрофизической обсерватории Российской Академии Наук (ОАО РАН). Они позволили провести детальную многоцветную фотометрию этих объектов. Столь детальное фотометрическое исследование этих галактик было проведено впервые.
На основании спектральных наблюдений со спектрографом с длинной щелью для объекта. ZGC 2315+03 впервые были получены кривые лучевых скоростей при разных положениях щели и построены кривые вращения компонент.
Впервые полярное кольцо галактики NGC 4650А было разрешено на звезды и выполнена многоцветная фотометрия ~ 450 звездообразных объектов. На основании этих данных был сделан вывод о наличии в кольце молодых недавно образовавшихся звезд и примерно оценен возраст последней вспышки звездообразования.
Впервые было показано, что:
• UGC 5600 является спиральной галактикой позднего типа с внутренним полярным кольцом.
• Галактики UGC 4332 и ZGC 2315+03 ошибочно включены в каталог ГПК: UGC 4332 — это спиральная галактика с мощным балджем, видимая с ребра. Объект ZGC 2315+03 является результатом проекции одной галактики на другую.
Научная и практическая ценность работы
На основании фотометрического и спектрального исследования удалось показать, что среди возможных кандидатов в ГПК есть случайные объекты, несмотря на то, что по внешним признакам они очень похожи на ГНК. Поэтому для окончательного заключения о принадлежности галактики к этому классу необходим очень тщательный анализ наблюдательных данных.
ВВЕДЕНИЕ
7
Поскольку ”классических” ГПК известно не так много, то надежное обнаружение новой галактики этого типа представляет большой интерес. Нами было показано, что у галактики UGC 5600 безусловно существует полярное кольцо. При этом сама галактика оказалась не раннего типа, как большинство ГПК, а скорее всего галактикой типа Scdy что всего лишь второй случай (после NGC 660) наличия полярного кольца у спиральной галактики. Этот факт следует учитывать при моделировании возникновения и эволюции ГПК.
Разрешение полярного кольца галактики NGC 4650А на звезды и обнаружение в нем большого числа молодых голубых звезд .является прямым наблюдательным свидетельством недавней вспышки звездообразования в кольце.
Апробация работы
Основные результаты диссертации изложены в 4-х печатных работах. Они докладывались па конференциях:
1. 51 Астрофизика на рубеже веков” (Пущино, Россия 17-22 мая 1999г.);
2. яАктуальные проблемы внегалактической астрономии” (Пущино, Россия 12-14 апреля 2000г.);
3. JENAM - 2000 (Moscow, Russia May 29 - June 3, 2000),
а также на семинаре АИ СПбГУ.
Краткое содержание работы
Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 98 наименований, и 1 приложения. Общий объем диссертации (без приложения) 139 страниц, в том числе 42 рисунка и 19 таблиц. Представленная диссертация является результатом работ, выполненных в 1994 -2001 гг.
Во Введении приводится обоснование актуальности работы. Сформулированы цель, задачи, новизна и научная ценность полученных результатов и основные положения.
ВВЕДЕНИЕ
8
выносимые на защиту, кратко представлено содержание диссертации.
Первая глава посвящена описанию методики первичных редукции наблюдений, получаемых с помощью приборов с зарядовой связью (ПЗС), поверхностной и звездной фотометрии и спектральных исследований галактик. Здесь рассказывается о той полезной информации, которую можно извлечь из подобных исследований.
В разделе 1.1 приводятся данные о наблюдениях, полученных в полосах В, У, /?с, /с на 6-м. телескопе ОАО РАН, параметрах ПЗС-приемников и использованной аппаратуры. Представлен полный список наблюдавшихся галактик. Отмечается, что обработка проводилась с помощью комплекса программ редукции астрономических данных MIDAS, созданного в Европейской Южной Обсерватории.
Следующий раздел посвящен описанию первичных редукций ПЗС-изображений.
Методика поверхностной фотометрии протяженных объектов рассматривается в разделе 1.3. Она включает в себя учет фона неба, определение инструментальных звездных величин, приведение к стандартной фотометрической системе, редукции за красное смещение и поглощение в нашей Галактике, представление фотометрических данных. В этом же разделе уделено внимание и точности поверхностной фотометрии.
Методы звездной фотометрии (раздел. 1.4) применялись нами для определения звездных величин и показателей цвета стандартных звезд и звезд в полярном кольце галактики NGC 4650А. Здесь рассматриваются этапы для подготовки кадров к разрешению на звезды, апертурная и PSF-фотометрия.
Раздел 1.4 посвящен обработке наблюдений, полученных со спектрографом с длинной щелью, которая состоит из редукции спектральных наблюдений, получения кривых вращения и сведений о массе объекта.
Вторая глава включает в себя историю исследования галактик с полярными кольцами, описание "Каталога галактик с полярными кольцами и возможных кандидатов в такие галактики”, опубликованного Уайтмором и др. [93]. Там же приводятся сведения об основных характеристиках ГПК, коротко рассмотрены основные механизмы их образования.
ВВЕДШИЕ
9
Фотометрическое и спектральное исследование галактики 1ЮС 5600 рассматривается в разделе ‘2.2. Во введении кратко рассказывется история её поучения, описывается фотометрический и спектральный наблюдательный материал. Далее приводятся анализ и результаты детальной поверхностной фотометрии В ОС 5600, обсуждаются данные спектрального исследования галактики. В заключении приводится вывод о том, что галактика 1ЮС 5600 является галактикой с внутренним полярным кольцом, а эмиссионный спектр, характерный для областей НИ, свидетельствует о том, что она богата газом. 110С 5600 — это спиральная галактика позднего типа (скорее всего 5сч/) с абсолютной светимостью в В ~ —18™7, её главное тело представляет собой диск с параметрами /г0 = 19.7 т/П" и /г ~ 1 кпк; центральные части его бедны пылыо. Внешнее кольцо иОС 5600 скорее всего представляет собой спиральные ветви, закручивающиеся против часовой стрелки.
В разделе 2.3 приводятся результаты изучения звездного населения КСС 4650А — галактики с необычайно протяженным полярным кольцом, которая является одним из прототипов данного класса объектов. В качестве наблюдательного материала использовались архивные данные с космического телескопа им. Хаббла. Обладая исключительной разрешающей способностью, этот инструмент позволил впервые разрешить полярное кольцо на звезды. Выполнена многоцветная фотометрия ~ 450 звездообразных объектов в полярном кольце. Построены диаграммы ’’цвет - звездная величина” (£?,7?-/с), ’’цвет - цвет” (В-/с, V’ — /с)» найдена функция светимости для голубых звезд. Получено прямое доказательство существования молодых голубых звезд в кольце, что свидетельствует о недавней вспышке звездообразования в нем.
В Третьей главе исследуются две галактики, являющиеся кандидатами в галактики с полярным кольцом. В разделе 3.1 представлены результаты спектрального и фотометрического исследования объекта 70С 2315+03. Во введении отмечается, что в литературе имеется два суждения о природе ЪОО 2315+03: либо это постэруптивный объект, или пара галактик в состоянии столкновения [98], либо галактика с полярным кольцом [93]. Наблюдательные данные об этом объекте весьма скудны. Далее описаны наши на-
ВВЕДЕНИЕ
10
блюдения ZGC 2315+03. В следующем подразделе проводится анализ фотометрических данных, включающий в себя детальную поверхностную фотометрию йвС 2315+03. Далее представлены спектральные данные и их интерперетация. В подразделе ”Анализ наблюдательных данных и обсуждение” рассматриваются аргументы за и против предложенных ранее гипотез о природе этого объекта и предлагается новая концепция, согласно которой ZGC 2315+03 является результатом проекции двух галактик. Подчеркивается, что объект 2315+03 представляет собой проекцию двух галактик, при чем либо эта проекция случайна, либо мы видим пару слабо взаимодействующих галактик. Обе галактики, скорее всего, являются гигантскими спиралями позднего типа (в пользу этого свидетельствуют оценки светимости, размеров и масс галактик, а также наличие газа и ныли); эмиссия в ядерных областях этих галактик, по-видимому, связана с НН-областями; закон поглощения в пылевой полосе * о алы ленной” галактики близок к закону поглощения в нашей Галактике.
Раздел 3.2 включает в себя фотометрическое изучение пекулярной галактики 1ЮС 4332. Пекулярность объекта состоит в наличии пересекающей ее с ПЕ на 8\У темной полосы, имеющей сложную структуру. Введение посвящено краткому обзору литературы об иСС 4332. Здесь же приводится информация о нашем наблюдательном материале. Следующий подраздел содержит результаты наших исследований, в нем представлены основные характеристики иСС 4332. Сопоставление №\¥ части профилей по малой оси с неискаженной влиянием пыли БЕ частью позволило найти отношение поглощений в разных фильтрах (Ав/Ау — 1.29 и Ац/Ау = 0.78), которые оказались близки к соответствующим значениям для нашей Галактики. Подраздел ”Обсуждение результатов и выводы” суммирует полученные данные и предлагает аргументы в пользу того, что иСС 4332 не имеет отношения к галактикам с полярными кольцами, а является спиральной галактикой с мощным балджем, видимой с ребра. Пересекающая ее темная полоса обусловлена пылью, свойства которой близки к свойствам пыли в нашей Галактике.
В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.
ВВЕДЕНИЕ
11
В Приложении к диссертации приводится таблица, содержащая координаты, звездные величины и показатели цвета 446 звездообразных объектов в полярном кольце галактики NGC 4650А.
На защиту выносятся:
1. Результаты детальной поверхностной фотометрии и анализа эмиссионного спектра галактики UGC 5600, позволившие подтвердить её принадлежность к ГПК.
2. Результаты звездной фотометрии в полярном кольце галактики NGC 4650А и вывод об обнаружении в нем молодых голубых звезд.
3. Результаты фотометрического (В, V, Яс, /с) и спектрального исследования объекта ZGC 2315+03 и заключение о том, что он представляет собой проекцию двух галактик.
4. Результаты многоцветной поверхностной фотометрии галактики UGC 4332 и вывод, что это видимая с ребра спиральная галактика с мощным балджем и пылевой полосой, свойства пыли которой совпадают со свойствами пыли в нашей Галактике.
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:
1. Яковлева В.А., Гагеи-Торн В.А., Каратаева Г.М. Астрономический журнал, 2000, 77, N8, 591 (”Фотометрическое поучение пекулярной галактики UGC 4332”)
2. V. A. Yakovleva, V.A.Hagen-Thorn, G.М.Karataeva, L.V.Shaljapina n JEN AM -2000”, p. 62 (” Photometric and spectral investigation of the candidate for polar-ring galaxies”)
3. Каратаева Г.М., Гагеи-Торн В.A., Яковлева В.А. Письма 6 астрономический журнал, 2000, 26, N12, 883 (*Изучение объекта ZGC 2315+03 — кандидата в галактики с полярным кольцом”)
4. Каратаева. Г.М., Яковлева В.А., Гаген-Торн В.А., Микол ал чу к О.В. Письма ь астрономический журнал, 2001, 27, N2, 04 (”Фотометрическое исследование галактики с полярным кольцом UGC 5600”)