4.1.2 Наблюдения и обработка .94.
4.1.3 Морфология галактики.95.
4.1.4 Кинематика газа и звезд.98.
4.1.5 Обсуждение результатов и выводы.101.
4.2 А0323−0430 (С-17) .102.
4.2.1 Введение.102.
4.2.2 Наблюдения и обработка.103.
4.2.3 Анализ фотометрической структуры.104.
4.2.4 Анализ спектральных данных.112.
4.2.5 Выводы.115.
4.3 Заключение.116.
Заключение
117.
Литература
121.
Актуальность темы
.
Исследование механизмов, ответственных за эволюцию галактик и образование в них различных фотометрических и кинематических пекулярностей, — одно из наиболее активно развивающихся направлений во внегалактической астрофизике в настоящее время. При этом наблюдаемые проявления эволюции, вызываемые как внешними факторами, так и внутренними процессами, зачастую бывают похожи. В связи с этим различными исследовательскими группами прикладываются большие усилия для интерпретации этих пекулярностей для каждой наблюдаемой галактики. Современное состояние вопроса довольно полно изложено в работах Корменди и Кенни-катт (2004) и Комб (2004).
Начиная с 90-х годов, в ряду этих исследовании особое место занимает изучение галактик с полярными кольцами (ГПК), представляющих собой динамически пекулярные системы, в которых существуют кольцо или диск, состоящие из газа, пыли и звезд, и вращающиеся в плоскости примерно ортогональной (полярной) к основному диску галактик. В 1990 году в результате систематического поиска ГПК был составлен «Каталог галактик с полярными кольцами, кандидатов и сходных объектов» ' (Уайтмор и др., 1990), который включает в себя всего 157 объектов. Предполагалось, что подобные полярные структуры возникают при взаимодействии галактик (слиянии или газовой аккреции), что подтверждается результатами численного моделирования (Бекки, 1997; Решетников и Сотнпкова, 1997; Бурно и Комб, 2003). Примерно в это же время в НИАИ им. Соболева СПбГУ была начата программа по детальному фотометрическому и спектральному исследованию ГПК из каталога Уайтмора и др. (1990) (см. Решетников и Комб (1994), Решетников (2004), Гаген-Торн и др. (2003, 2005), Шаляпина и др. (2002,2004а, б), Каратаева и др., (2004а, б), Яковлева и Каратаева (2004) и др.). Интерес к этим объектам усиливается также из-за информации о 3-хмерном потенциале центральной галактики и о темном гало, которую молено получить благодаря уникальной геометрии ГПК (Швейцер, Уайтмор и Рубен (1983), Сакетт и др. (1994), Иодис и др. (2006)).
За последние 15 лет анализ работ, проводившихся разными научными группами, показал, что реальность не сводится к простой схеме, предполагавшейся изначально. Наряду с «классическими» полярными кольцами, появление которых, вероятнее всего, вызвано взаимодействием галактик, были обнаружены структуры, явно не родственные полярным кольцам и выпадающие из стандартной схемы. Широкую известность получили работы Корменди (Корменди и Кепникатт (2004), Корменди (2007)), Сильчонко (Сильченко (2005), Спльченко и Моисеев (2006)), Афанасьева (Сильченко и Афанасьев (2000), Сильченко и Афанасьев (2004)), Корсини (Корсини и др. (2003), Корсини, Пиццелла, Бертола (2002)), Бертола (Бертола и Корсини (1999), Коккато и др. (2004)) и др., в которых были описаны вновь обнаруженные фотометрические и кинематические особенности такие как: псевдо-балджи, внутренние полярные кольца, химически и кинематически выделенные ядра и т. п. При этом взаимодействие между галактиками (внешние факторы), возможно, не всегда является доминирующим при образовании этих структур. Существуют весьма веские соображения, говорящие о том. что возникновение подобных структур есть результат внутренних эволюционных механизмов. Совершенно очевидно, что для уверенного разделения внутренних и внешних факторов необходимо проведение дальнейших детальных спектральных и фотометрических исследований подобных объектов с целью подробного анализа динамики, структуры и звездного населения пекулярных галактик.
Традиционные методы длиннощелевой спектроскопии хорошо зарекомендовали себя при построении кривых вращения пекулярных галактик. К сожалению, эти методы оказались мало эффективны при исследовании галактик с многокомпонентной кинематической структурой. Именно сочетание телескопов, обладающих высокой проницающей силой, и панорамных спектральных приборов дало астрофизикам уникальную возможность проводить детальный анализ сложных полей скоростей пекулярных галактик. Появившиеся в последние десятилетия в САО РАН и установленные па 6-м телескопе приборы: мультизрачковый полевой спектрограф (MPFS) и интерферометр Фабри-Перо (ИФП) — как раз и позволили ставить и решать такого класса задачи, выявляющие тонкие детали кинематики галактик. Следует отметить, что подобных наблюдений в современной практике очень немного, их с полным основанием можно рассматривать как «'штуч-пый товар». Наш опыт работы в области панорамной спектроскопии убедил нас в том, что эти перспективные новые методы иногда бывает полезпо дополнять наблюдениями с длинной щелью (проницающая способность которых выше), это особенно верно для получения информации о лучевых скоростях (в частности, звездного компонента) на больших расстояниях от центра галактики, чем позволяет поле MPFS. Следует отмстить, что часто выбор того или иного сценария возникновения кинематической пскулярно-сти трудно сделать без привлечения фотометрических данных. В связи с этим также используются методы поверхностной фотометрии для анализа распределения яркости объектов в непрерывном спектре п в эмиссионных линиях.
Цель и задачи исследования
.
Основной задачей нашего исследования было получение новых наблюдательных данных для некоторых кандидатов в ГПК методами длиннощеле-вой и панорамной спектроскопии. Цель работы состояла в изучении морфологических особенностей и причин их формирования у этих галактик. Дополнительной задачей являлось исследование физических условий в областях формирования эмиссионных линий и анализ химического состава и возраста звездного населения.
Научная новизна.
Для 6 пекулярных галактик, 5 из которых являются кандидатами в ГПК, получены новые наблюдательные данные методами длиниощелевой и панорамной спектроскопии, которые позволили детально изучить морфологию и кинематику газовой и звездной составляющих.
Для галактик NGC 2748 п UGC 4385 впервые построены крупномасштабные поля скоростей ионизованного газа.
Для UGC 5119 по данным MPFS впервые получено поле скоростей звездного компонента в центральной области, что позволило сопоставить его кинематику с кинематикой внешней пекулярной подструктуры, информация о которой доступна лишь по длиннощелевым данным.
Было показано, что:
• UGC 5600 представляет собой не просто галактику с внутренним полярным кольцом, а является более сложным многокомпонентным объектом, в котором, четко выделяются несколько кинематических подсистем;
• UGC 5609 — это спиральная галактика позднего типа с двумя спиральными рукавами, изогнутыми по дугамf.
• NGC 2748 и UGC 5119 являются галактиками со звездными оболочками:
• UGC 4385 представляет собой пару галактик, находящихся в процессе лобового столкновения, в результате чего одна из галактик претерпевает расширение;
• А0323−0430 является спиральной галактикой с баром.
Научная и практическая ценность работы.
Поля скоростей звездных и газовых составляющих, полученные в работе, важны для численного моделирования подобных систем, так как накладывают существенные ограничения на выбор начальных условий.
Поскольку изучение галактик с разными тппамп пскулярностей может дать сведения о характере взаимодействия и эволюции галактических систем, исследование кандидатов в ГПК представляет большой интерес.
На основании сопоставления данных, полученных с длипнощелевым спектрографом и панорамными приборами, была показана важность панорамной спектроскопии для однозначной интерпретации наблюдательных данных сложных многокомпонентных систем, например, таких как UGC 5600/09, UGC 4385- при этом (на примере галактик UGC 5119, NGC 2748, А0323−0430) было отмечено, что также не теряют своей значимости и наблюдения с длинной щелью, особенно для получения информации о лучевых скоростях (в частности, звездного компонента) на больших расстояниях от центра галактик.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Результаты спектрального исследования пары взаимодействующих галактик VV 330, на основании которых был сделан вывод о существовании у галактики UGC 5600 трех кинематических подсистем, а в отношении галактики-компаньона UGC 5609 сделано заключение, что это спиральная галактика позднего типа, форма которой искажена в результате взаимодействия.
2. Результаты изучения структуры и кинематики двух пекулярных галактик NGC 2748 и UGC 5119 и вывод о наличии у них звездных оболочек, вращающихся вокруг больших осей галактик, а также результаты исследования возраста и металличности звездного населения галактики UGC 5119 и вывод о разном составе звездного населения околоядерной области галактики и звездной оболочки.
3. Результаты спектралыюго исследования галактики UGC 4385 и заключение о том, что этот пекулярный объект представляет собой две галактики, находящиеся в процессе лобового столкновения, в результате которого у одной из них появляются признаки «столкновительпои' галактики.
4. Результаты фотометрического и спектрального исследования возможного кандидата в ГПК А0323−0430 и заключение о том, что эта галактика не принадлежит к классу галактик с полярными кольцами, а является спиральной галактикой с баром типа SBb.
Основные результаты опубликованы в следующих работах:
1. Меркулова О. А., «Исследование пекулярной галактики А0323−0430», Сборник докладов молодежной научной конференции «Физика и прогресс», 2005, стр. 250 — 258.
2. Л. В. Шаляпина. О. А. Меркулова, В. А. Яковлева, Е. В. Волков, «2Б-спект-рос.копия кандидатов в галактики с полярными кольцами. I. Пара галактик UGC 5600/09Письма в Лстрон. журн., т. 33, стр. 585 — 597, 2007.
3. О. Merkulova, L. Shalyapina, V. Yakovleva, «Peculiar galaxies UGC 5119 and NGC 2748 — galaxies with stellar polar rings?' Abstracts of the Conference «Dynamics of Galaxies», p. 29, Pulkovo Observatory, Saint-Petersburg. 2007.
4. O. Merkulova, L. Shalyapina, «The multiformity of the galaxies interaction evidenceBook of Abstracts of the Conference «Formation and Evolution of Galaxy Disks», p. 54, Vatican Observatory. Rome, 2007.
5. Яковлева В. А., Меркулова О. А., Шаляпина JI.В., Моисеев А. В., «2D-спектроскопия галактик с полярными кольцами» Труды Всероссийской Астрономической Конференции ВАК-2007, стр. 400 — 401, КГУ, Казань, 2007.
6. Меркулова О. А., Шаляпина JI.В., Яковлева В. А., Каратаева Г. М., «Спектральное исследование пекулярной галактики UGC 5119' Письма в Астрон. oicypu., т. 34, стр. 599 — 608, 2008.
7. O.A.Merkulova, V.A.Yakovleva, L.V.Shalyapina, V.A.Hagen-Thorn, «The integral field (3D) spectroscopy of two candidates to the polar-ring galaxies UGC 4385 and UGC 4261», Book of Abstracts of the Conference «Evolution of Cosmic Objects Through Their Physical Activity», p. 30, Byurakan Astrophysical Observatory, Byurakan. 2008.
Личный вклад автора.
Начиная с 2006 г., наблюдения были получены при непосредственном участии автора, обработка данных длинногцелевой и панорамной спектроскопии выполнена автором. В работах [2], [3], [4j, [5], [6]. [7] вклад всех соавторов в обсуждение результатов равнозначен.
Апробация результатов.
Результаты работы были представлены на 4-х всероссийских и 3-х международных конференциях:
• Молодежная научная конференция «Физика и прогресс», Санкт-Петербург, 2005 г.
• «Актуальные проблемы внегалактической астрономии», Пущино, 2006 г.,.
2007 г.
• «Dynamics of Galaxies», Санкт-Петербург, 2007 г.
• «Formation and Evolution of Galaxy Disks», Рим, 2007 г.
• Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2007, Казань, 2007 г.
• «Evolution of Cosmic Objects Through Their Physical Activity», Бюракан,.
2008 г.
А также на всероссийской школе для молодых ученых «Современные методы астрономической спектроскопии», С АО РАН, 2006 г.
Содержание диссертации.
Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Список цитируемой литературы содержит 108 наименований. Общий объем диссертации составляет 127 страниц.
Основные результаты, полученные в диссертационной работе:
• На основании наблюдений, полученных в прямом фокусе 6-м телескопа С АО РАН с помощью длиннощелевого спектрографа UAGS, полевого мультизрачкового спектрографа MPFS и редуктора светосилы SCORPIO в режиме щелевой спектроскопии и с интерферометром Фабри-Перо, проведено комплексное спектральное исследование 6 пекулярных галактик, пять из которых являются кандидатами в ГПК.
• По данным MPFS и ИФП построены карты распределения яркости в континууме и эмиссионных линиях, поля лучевых скоростей и дисперсии скоростей газового и звездного компонентов. А по наблюдениям с длиннощелевыми спектрографами построены кривые лучевых скоростей и дисперсии скоростей как по эмиссионным линиям, так и по линиям поглощения.
• На основании анализа полей скоростей найдены динамические параметры галактик: положение динамического центра (х, у), позиционный угол динамической оси гелиоцентрическая скорость системы Vsysi угол наклона плоскости диска г и кривая вращения в плоскости диска.
• Вся совокупность данных для пары галактик VV 330 показала наличие сложной структуры у каждого компонента пары. У галактики UGC 5600 выявлены три кинематические подсистемы: звездный диск, «внутреннее газовое кольцо», развернутое по отношению к диску на ~ 80°, и внешний газовый диск, при этом звездный и внешний газовый диски некомпланарны. Рассмотрены возможные сценарии возникновения наблюдаемой многокомпонентной кинематической структуры галактики, в том числе и вариант представления крупномасштабного поля скоростей газа кинематической моделью диска с изгибом. Совместный анализ данных о фотометрической структуре и поля скоростей галактики UGC 5609 показал, что, по-видимому, это спиральная галактика позднего типа, форма которой искажена в результате гравитационного взаимодействия, возможно, с галактикой UGC 5600.
На основании исследования кинематики звезд галактики UGC 5119 подтверждено существование у нее двух кинематически выделенных звездных подсистем. Из сравнения Ликских индексов с моделями эволюционного синтеза обнаружены различия химического состава и возраста звездного населения этих подсистем: в околоядерпой области молодое звездное население с высокой металличностью и солнечным отношением [Mg/Fe], в оболочке звездное население старое, с низким содержанием металлов. Сделан вывод, что UGC 5119 — это эллиптическая галактика средней светимости с быстро вращающимся дисковым компонентом в области г < 3.2 кпк и звездным, возможно, «полярным» кольцом, которое возникло в результате захвата и разрушения карликового спутника.
Поле скоростей галактики NGC 2748 в линиях На и [NII]A6584A показало, что за исключением центральной области (г < 2 кпк). где присутствуют некруговые движения, поле скоростей галактики NGC 2748 типично для дисковых галактик. Кроме того, было установлено, что диффузные образования, наблюдаемые вдоль малой оси. состоят в основном из старого звездного населения и имеют компоненту скорости вращения вокруг большой оси галактики. На основании всей совокупности данных был сделан вывод о формировании у этой галактик звездной оболочки, подобной звездной оболочке галактики UGC 5119.
Высказано предположение, что обнаруженные у галактик UGC 5119 и NGC 2748 звездные структуры возникли в результате столкновения галактики с карликовым спутником и содержат в основном старое звездное население разрушившихся компаньонов. В этом состоит их отличие от классических полярных колец, богатых газом и молодыми звездами.
Анализ поля скоростей подтвердил существование у галактики UGC 4385 двух газовых компонентов, вращающихся в разных плоскостяхпри этом обнаружено, что поле компонента, связанного с полярным кольцом, наилучшим образом представляется моделью кругового вращения с расширением. На изображении в ИК диапазоне у этой галактики были обнаружены две яркие конденсации, спектры их оказались похожими на спектры ядер галактик. На основании всей совокупности данных был сделан вывод о наличии двух галактик, находящихся в процессе лобового столкновения, в результате которого у одной из них возникли признаки «столкповительной» галактики, а у другой наблюдаются искажения формы и изгиб диска.
• Фотометрические особенности кольцеобразной структуры с РА = 135° у галактики А0323−0430 показали наличие «boxy» нзофот в области этой структуры, а также ряд признаков, характерных для бара. Обнаружение иекруговых движений в этой области позволило сделать заключение о существовании у этой галактики крупномасштабного бара с размером большой полуоси ^ 4.84 кпк и РА ~ 140°. Фурье-анализ глубоких снимков галактики, полученных со среднеполосными фильтрами, выявил существование двух слабых спиральных ветвей во внешних областях диска. Наличие бара и спиральных рукавов позволило сделать вывод, что галактики А0323−0430 относится к классу SBb.
Подводя итог перечисленным выше результатам нашего исследования 5 кандидатов в ГПК, можно резюмировать, что в большинстве случаев эти галактики не относятся к классическим ГПК. Тем не менее все они оказались многокомпонентными объектами со сложной структурой и кинематикой. которую удалось выявить лишь в результате совместного использования различных методов спектроскопии, в том числе и ЗВ-спектроскопии. Причиной возникновения большинства наблюдательных особенностей явились различные стадии гравитационного взаимодействия: от тесного сближения с перетеканием вещества до лобового столкновения и полного разрушения одного из компаньонов. Однако нельзя исключать, что в некоторых случаях возможной причиной пекулярности послужили внутренние факторы.
Благодарности.
В заключение хочется выразить огромную признательность и благодарность научному руководителю Яковлевой Валерии Александровне за ее мудрое руководство, внимание и понимание. Огромное спасибо хочется сказать Шаляпиной Лилии Владимировне за. неоценимую помощь и поддержку в течение всей моей работы.
Хочется поблагодарить сотрудников САО — Моисеева Алексея Валерьевича и Буренкова Александра Николаевича — за помощь в получении наблюдательного материала на БТА и в освоении методов его обработки.
Выражаю благодарность соавторам Волкову Евгению Владиславовичу и Каратаевой Гульнаре Мирсатовне за совместную работу, плодотворное обсуждение полученных результатов, а также за поддержку при написании диссертации.
Признательна Сильченко Ольге Касьяновне за предоставление материалов для редукции данных, полученных на спектрографах 6-м телескопа, к Ликской системе индексов.
Огромное спасибо Гаген-Торну Владимиру Александровичу, Тихонову Антону Валерьевичу, сотрудникам НИАИ СПбГУ и САО РАН и, конечно же, моим родителям.
Заключение
.
