авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Кинематика внешних псевдоколец и спиральная структура галактики

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Государственный астрономический институт имени П.К. Штернберга

На правах рукописи

МЕЛЬНИК АННА МАРАТОВНА КИНЕМАТИКА ВНЕШНИХ ПСЕВДОКОЛЕЦ И СПИРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ГАЛАКТИКИ Специальность: 01.03.02 - астрофизика и звездная астрономия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертациии на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в отделе изучения Галактики и переменных звезд Госу дарственного астрономического института им. П.К. Штернберга при Мос ковском государственном университете им. М.В. Ломоносова.

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук профессор Корчагин Владимир Иванович (Научно-исследовательский институт физики Южный Федеральный Университет) Доктор физико-математических наук Бобылев Вадим Вадимович (Главная астрономическая обсерватория РАН Пулково) Доктор физико-математических наук Сильченко Ольга Касьяновна (отдел Физики эмиссионных звезд и галактик Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова)

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится 07 апреля 2011 г. в 14 часов на заседании диссертацион ного Совета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, шифр Д501.001.86.

Адрес: 119991, Москва, Университетский проспект, 13, ГАИШ МГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного аст рономического института им. П.К.Штернберга МГУ (Москва, Университет ский проспект, 13, ГАИШ МГУ).

Автореферат разослан “ ” 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного cовета доктор физ.-мат. наук С.О.Алексеев Актуальность работы К концу 1990-х г. накопилось много данных, указывающих на присутствие бара в Галактике (Блиц и др., 1993). Первоначально размер бара оценивался на уровне Rbar 2–3 кпк, но на сего дняшний день оценки его полудлины увеличились до Rbar = 3– кпк. Некоторые исследователи считают, что радиус коротации бара расположен на расстояниях R = 3–4 кпк (Инглмайер и Гер хард, 1999;

Хэбин и др., 2006;

и ссылки в этих работах), тогда как другие полагают, что Галактика имеет более длинный бар с большой полуосью a = 4–5 кпк (Вейнер и Селвуд, 1999;

Бен жамин и др., 2005;

Кабрера-Лаверс и др., 2007;

и ссылки в этих работах). Большое количество данных свидетельствует, что боль шая ось бара ориентирована в направлении b = 15–45 так, что ближайший к Солнцу конец бара находится в первом квадранте (Блиц, 1993;

Вейнер и Селвуд, 1999;

Бенжамин и др., 2005;

Ин глмайер, Герхард, 2006;

Кабрера-Лаверс и др., 2007). Различия в оценке позиционного угла бара (галактоцентрический угол меж ду большой осью бара и направлением на Солнце) могут указы вать на то, что внутренняя часть бара в действительности явля ется трехосным балджем (Кабрера-Лаверс и др., 2007). С другой стороны, такая неопределенность может быть частично вызвана нашим неблагоприятным положением рядом с плоскостью дис ка, которое затрудняет изучение многих аспектов галактической морфологии.

Что касается спирального узора Галактики, то предлагаемые модели и схемы содержат от 2 до 6 спиральных рукавов (обзоры Валле 2005, 2008 и новые работы: Хоу и др., 2009;

Рейд, Ментен, Женг и др., 2009;

Ефремов, 2011). Также рассматривается воз можность, что двухрукавная спиральная структура доминирует в старом звездном диске, а черырехрукавный спиральный узор – в молодом населении диска, включающем газ и молодые звезды (Дриммел 2000;

Лепин и др., 2001;

Чечвел и др., 2009). В допол нение к спиралям диск может включать внутреннее кольцо или псевдокольцо, окружающее бар, которое проявляется в виде так называемого “трехкилопарсекового” спирального рукава (Дейм и Таддеуш, 2008;

Чечвел и др., 2009). Кроме того, выдвинута гипо теза о существовании ядерного кольца с большой полуосью 1. кпк в Галактике (Родригез-Фернандез и Ком, 2008). Различные типы колец: ядерные, внутренние и внешние – часто наблюдают ся в дисковых галактиках, особенно в галактиках с барами (Бута и Ком, 1996). Таким образом, присутствие внешнего кольца в Галактике также возможно (Калнайс, 1991).

Бута (1995) проделал огромною работу по классификации га лактических кольцевых структур. Его каталог южных кольцевых галактик (Catalog of Southern Ringed Galaxies) содержит более 2050 галактик, имеющих какие-либо детали внешних колец, из которых 42% (860 объектов) классифицированы как кольца или псевдокольца (разомкнутые кольца) резонансного типа. Далее мы будем интересоваться только резонансными кольцами. Моде лирование показало, что внешние кольца/псевдокольца обычно лежат вблизи внешнего линдбладовского резонанса бара (OLR), тогда как внутренние кольца находятся вблизи внутреннего резо нанса 4/1, а ядерные кольца – вблизи внутреннего линдбладов ского резонанса (ILR) (Шварц, 1981;

Берд и др., 1994;

Раутиай нен и Сало, 1999, 2000). Положение резонансов в диске опреде ляется отношением эпициклической частоты и угловой скоро сти движения звезд по орбите относительно бара (R) b, где (R) – угловая скорость кругового вращения на данном рассто янии, а b – угловая скорость бара. На расстояниях OLR и ILR, а также в областях резонансов более высокого порядка должны выполняться следующие условия:

(R) = 2/1 (ILR), (R) b (R) = 4/1 (4/1), (R) b (R) = 4/1 (4/1), (R) b (R) = 2/1 (OLR), (R) b (Контопулос и Гросбол, 1989;



Бинни и Тремейн, 2008). Очевид но, что резонансы ±4/1 находятся ближе к радиусу коротации (CR), чем линдбладовские резонансы (±2/1).

Внешние кольца обычно наблюдаются в галактиках ранних типов. Среди галактик с малым красным смещением частота по явления внешних колец составляет 10% от всех типов спираль ных галактик. Но для ранних типов она увеличивается до 20% (Бута и Ком, 1996). Выделяются два основных класса внешних колец и псевдоколец: кольца R1 (псевдокольца R1 ), вытянутые перпендикулярно бару, и кольца R2 (псевдокольца R2 ), вытя нутые параллельно бару. В дополнении существует смешанный морфологический тип R1 R2, который демонстрирует элементы обоих классов. Исследование Буты (1995) показало следующее распределение по основным типам внешних колец: 18% (R1 ), 37% (R1 ), меньше 1% (R2 ), 35% (R2 ) и 9% (R1 R2 ). Кольца R часто демонстрируют “ямочки” около концов бара. Существует также большое количество колец/псевдоколец, которые не могут быть отнесены к перечисленным классам из-за неопределенности их морфологических характеристик или наклона, мешающего де тальной классификации (Бута, 1995;

Бута и Крокер, 1991;

Бута и др., 2007). Малая доля правильных колец R2 может быть вызва на эффектами селекции – они лишены заметных особенностей, например, “ямочек”, поэтому их точная классификация может быть затруднена неопределенностью в ориентации.

Для нашего исследования важное значение имеет положение OLR бара в Галактике. Плоская кривая вращения дает следующее соотношение между радиусом коротации и радиусом OLR:

ROLR = (1 + )RCR (1) Хотя угловая скорость бара определяется из наблюдений пло хо, но положение его радиуса коротации в пределах RCR = 3.5– кпк соответствует положению OLR в диапазоне ROLR = 6–8. кпк и угловой скорости бара b = 42–60 км/с/кпк. Таким обра зом, OLR бара в Галактике должен лежать в окрестности Солнца:

|ROLR R0 | 1.5 кпк. На это также указывают исследования Калнайса (1991), Инглмайера и Герхарда (1999), Вейнера и Сел вуда (1999), Денена (2000), Фукса (2001), Чакрабарти (2007), Минчева и др. (2009), а также Герхарда (2010). Поэтому попытка связать систематические движения молодых звезд в окрестности Солнца с присутствием внешних колец является актуальной задачей.

Было предпринято много попыток построить динамическую модель спирального узора Галактики. Первая удачная аналити ческая модель была получена Лином, Шу, и Юанем (1969). Они предложили двухрукавную модель спирального узора с углом за крутки спиральных рукавов (угол между касательной к рукаву и касательной к окружности в данной точке) i = 6 и угловой ско ростью вращения спирального узора p = 13.5 км/с/кпк. Эта модель имела много наблюдательных приложений, главное из которых – это объяснение кинематики молодых объектов в об ласти Персея (Робертс, 1972;

Бертон, Баниа, 1974;

Бранд, Блиц, 1993;

Мельник, 2003;

Ситник, 2003).

Работы Робертса и его коллег (Робертс, 1969, 1972;

Робертс и Юань, 1970) открывают эпоху численного моделирования спи ральной структуры Галактики. Их модели учитывают влияние ударных волн на движение газовых частиц. Более поздние рабо ты (Робертс и Хосман, 1984;

Робертс и Стюарт, 1987) посвящены исследованию движения молекулярных облаков в возмущенном потенциале Галактики. Они убедительно показали, что неупругие столкновения между облаками приводят к резкому увеличению их концентрации в узкой полосе, расположенной вблизи мини мума потенциала – явление, эквивалентное ударному фронту в газовой среде.

Наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне впервые пре доставили прямые доказательства существования бара в Галак тике. Эксперимент DIRBE (Diuse Infrared Background Experiment), проведенный на спутнике COBE (Cosmic Background Explorer), дал новый толчок построению динамических моделей Галакти ки. Две работы заслуживают особого внимания. Инглмайер и Герхард (1999), а также Вейнер и Селвуд (1999) построили дина мические модели газовой среды, движущейся в галактическом потенциале, возмущенном баром. Обеим группам удалось вос произвести так называемые “параллелограммы” на диаграммах долгота-скорость в центральной области Галактики |l| 5. Диа граммы долгота-скорость демонстрируют распределение скоро стей газа VLSR (лучевые скорости, исправленные за движение Солнца к апексу) вдоль галактической долготы l, усредненное в некотором диапазоне галактических широт b. В подходе двух групп есть некоторые отличия: различные гидродинамические коды и различные аналитические выражения для потенциала ба ра. Вейнер и Селвуд (1999) нашли, что наилучшее согласие мо дельных и наблюдаемых (l, VLSR )-диаграмм HI и CO в области (11 l 13 ) соответствует позиционному углу бара b = 35 ± 5, вращающемуся с угловой скоростью b = 42 км/с/кпк.





Их модель включает достаточно длинный бар с большой полу осью a = 3.6 кпк, радиус коротации которого лежит на рассто янии RCR = 4.6 кпк. Инглмайер и Герхард (1999) показали, что наилучшее согласие с наблюдаемыми (l, VLSR )-диаграммами CO в области долгот |l| 60 дают следующие параметры модели:

b = 60 км/с/кпк, RCR = 3.5 ± 0.5 кпк. Обе работы оказали большое влияние на моделирование диска Галактики.

В последнее десятилетие стало очевидным, что для объяс нения поведения газа в центральной области и на периферии Галактики необходимо присутствие в диске как минимум двух узоров или двух мод, вращающихся с разной угловой скоростью.

Быстро вращающийся бар (b = 60–40 км/с/кпк) и связанный с ним внутренний спиральный узор могли бы объяснить кине матику молодых объектов во внутренней области, а медленный спиральный узор (sp = 10–25 км/с/кпк) – кинематику моло дых звезд и газа вне солнечного круга (Мельник, 2006). Бис санз, Инглмайер и Герхард (2003), развивая модель Инглмайера и Герхарда (1999), добавили к бару медленный спиральный узор (sp = 20 км/с/кпк), но сравнение с наблюдениями опять огра ничили внутренней областью Галактики 10 |l| 50, игнори руя область Персея (l = 104–135 ), расположенную вне солнеч ного круга.

Применить к Галактике двух-модную модель оказалось гораз до сложнее, чем ожидалось. С одной стороны, существует много моделей, где помимо бара в диске формируется узор, враща ющийся медленнее, чем бар (Селвуд и Спарк, 1988;

Массет и Таггер, 1997;

Раутиайнен и Сало, 1999, 2000). С другой стороны, радиус коротации медленного узора лежит внутри OLR бара и медленный узор не доминирует внутри своего круга коротации.

Другими словами, медленный узор вращается все же недоста точно медленно (sp 30 км/с/кпк, Глава 4), чтобы объяснить кинематику молодых звезд в области Персея.

Отметим другое важное направление в исследовании спираль ной структуры Галактики – изучение распределения индикато ров спиральных рукавов по галактическому диску. Жоржелин и Жоржелин (1976), опираясь на распределение 100 HII областей – газовых облаков, ионизованных молодыми горячими звездами, – предложили четырехрукавный спиральный узор со средним уг лом закрутки спиральных рукавов 12. Их модель является наи более популярной и по сей день (см. обзоры Валле, 2005, 2008).

Она оказалась такой удачной еще и потому, что хорошо объяс няет существование так называемых тангенциальных направле ний, которые соответствуют максимумам в тепловом излучении радио-континуума, эмиссии HI и CO и ассоциируются с направ лениями, касательными к спиральным рукавам.

В диссертации показано, что модель Галактики с внешним кольцом класса R1 R2 позволяет без привлечения медленных спи ральных мод объяснить остаточные скорости в области Персея, а двухкомпонентное внешнее кольцо воспроизводит многие круп номасштабные морфологические особенности спиральной струк туры Галактики.

Цели работы • Исследование поля пространственных скоростей молодых звезд. Анализ систематических движений.

• Построение динамических моделей, воспроизводящих на блюдаемые остаточные скорости молодых звезд в окрест ности 3 кпк от Солнца. Получение информации о структуре Галактики путем сравнения наблюдаемых и модельных ско ростей.

Научная новизна • Впервые представлен каталог лучевых скоростей и собствен ных движений OB-ассоциаций, исследовано поле простран ственных скоростей, выявлены систематические движения ОВ звезд в окрестности 3 кпк от Солнца.

• Впервые исследована кинематика внешних колец и псев доколец. Предложено объяснение резонансной кинематики.

Исследован процесс формирования внешних колец в серии моделей с различной массой бара.

• Впервые построены динамические модели Галактики (моде ли с аналитическими барами), которые воспроизводят кине матику молодых звезд в областях Персея и Стрельца. Эти модели удовлетворяют широкому набору наблюдательных ограничений (плоская кривая вращения, длина и ориента ция бара).

• Впервые построены N-body модели Галактики, которые вос производят кинематику молодых звезд в областях Персея, Стрельца и Местной системе. Исследованы биения между бар-модой и самой сильной из медленных мод в окрест ности OLR бара. Исследована периодичность в колебаниях плотности и скорости на периферии галактических дисков.

• Впервые представлена спирально-кольцевая модель Галак тики.

Научная и практическая значимость результатов ра боты Результаты данной работы могут быть использованы для:

– построения динамических моделей Галактики;

– исследования распределения газа в плоскости Галактики, в том числе процессов накопления газа в центральной обла сти и истечения газа на периферию;

– исследования структуры Галактики (длина и ориентация ба ра, морфология и кинематика внутреннего и ядерного коль ца, отождествление спиральных рукавов с сегментами ко лец);

– исследования локальной кинематики в солнечной окрестно сти, анализа локальных гравитационных возмущений, ис следования солнечной орбиты;

– построения динамических моделей других галактик;

– изучения процессов звездообразования.

Основные результаты, выносимые на защиту 1. Составлен каталог лучевых скоростей и собственных дви жений ОВ-ассоциаций. На основе каталога вычислены си стематические движения ОВ-ассоциаций в плоскости Галак тики, средние значения остаточных скоростей в звездно газовых комплексах (таблица 1.3), параметры кривой вра щения, в том числе большое значение угловой скорости вращения Галактики на расстоянии Солнца 0 = 31 ± км/с/кпк. Установлено, что кривая вращения Галактики яв ляется практически плоской в окрестности 3 кпк от Солнца, а все результаты мало зависят от способа редукции данных со спутника Hipparcos.

2. Показано, что модели Галактики с внешним кольцом клас са R1 R2 (модели с аналитическими барами) воспроизво дят остаточные скорости ОВ-ассоциаций в звездно-газовых комплексах Персея и Стрельца: различие модельных и на блюдаемых скоростей не превышает V = 3 км/с. Дано объяснение резонансной кинематики, наблюдаемой в пра вильных кольцах : резонанс между эпициклическим и орби тальным движением создает систематические некруговые движения, направление которых зависит от позиционного угла точки относительно большой оси бара и от класса внеш него кольца. Выявлены различия в кинематике правильных колец и псевдоколец.

3. Установлено, что скорости газовых частиц в N-body моде лях, усредненные на большом интервале времени (1 млрд лет), воспроизводят направления остаточных скоростей ОВ ассоциаций в звездно-газовых комплексах Персея, Стрель ца и Местной системе: среднее различие модельных и на блюдаемых скоростей равно V = 3 км/с. Показано, что движение газовых частиц в области OLR бара определяется биениями между бар-модой и самой сильной из медленных мод. Биения проявляются в колебаниях плотности и скоро сти.

4. Выведено оптимальное значение позиционного угла Солнца относительно большой оси бара b = 45 ± 5, обеспечива ющего наилучшее согласие модельных и наблюдаемых ско ростей. Модели с аналитическими барами и N-body модели дают одинаковый результат.

5. Впервые предложена спирально-кольцевая модель Галакти ки, способная объяснить многие крупномасштабные морфо логические особенности спиральной структуры Галактики.

Модель включает два внешних кольца, вытянутых перпен дикулярно и параллельно бару, внутреннее кольцо, вытяну тое параллельно бару, и два малых фрагмента спиральных рукавов. Показано, что наблюдаемый рукав Киля-Стрельца может состоять из двух восходящих сегментов внешних ко лец R1 и R2, которые практически стыкуются друг с дру гом вблизи области Киля. Установлено, что расстояния до большинства гигантских комплексов звездообразования со гласуются в пределах ошибок с заданной моделью.

6. Проведен Фурье анализ распределения ОВ-ассоциаций, име ющих одинаковые кинематические характеристики, по спи ральным гармоникам. Обнаружено присутствие лидирую щего компонента в спиральной структуре Галактики. Пока зано, что этот результат согласуется с положением Солнца вблизи нисходящего сегмента кольца R2, который можно представить в виде фрагмента лидирующей спирали.

Список публикаций автора по теме диссертации 1. P. Rautiainen, A.M. Mel’nik/ N-body simulations in reconstruction of the kinematics of young stars in the Galaxy. Astron. Astro phys. 519, 70–82 (2010).

2. A.M. Mel’nik, P. Rautiainen/ Kinematics of the Outer Pseudorings and the Spiral Structure of the Galaxy, Proceedings of the B.V.

Kukarkin Centenary Conference "Variable Stars, the Galactic Halo, and Galaxy Formation", C. Sterken, N. Samus and L.

Szabados (Eds.), 2010, Published by Sternberg Astronomical Institute of Moscow University, Moscow, Russia, pp. 137–140.

3. A.M. Mel’nik, A.K. Dambis/ Kinematics of OB-associations and the new reduction of the Hipparcos data. MNRAS 400, 518– 523 (2009).

4. А.М. Мельник, П. Раутиайнен/ Кинематика внешних псев доколец и спиральная структура Галактики. Письма в Аст рон. журн. 35, 676–692 (2009).

5. А.М. Мельник/ Внешнее псевдокольцо в Галактике. Пись ма в Астрон. журн. 32, 9–15 (2006).

6. A.M. Mel’nik/ Outer Pseudoring in the Galaxy, Astron. Nachr.

326, 599 (2005).

7. А.М. Мельник/ Лидирующая волна как компонент спираль ной структуры Галактики. Письма в Астрон. журн. 31, 91–98 (2005).

8. А.М. Мельник/ Особенности поля скоростей ОВ-ассоциаций и спиральная структура Галактики. Письма в Астрон.

журн. 29, 349–355 (2003).

9. Т.Г. Ситник, А.М. Мельник, В.В. Правдикова/ Потоковые движения молекулярных облаков, ионизованного водорода и ОВ звезд в рукаве Лебедя. Астрон. журн. 78, 40– (2001).

10. А.М. Мельник, А.К. Дамбис, А.С. Расторгуев/ Периодиче ская структура поля остаточных скоростей ОВ-ассоциаций.

Письма в Астрон. журн. 27, 611–624 (2001).

11. A.M. Mel’nik, A.K. Dambis, A.S. Rastorguev/ Periodic Pattern in the Residual Velocity Field of OB-Associations. Astron.

Astrophys. Trans. 20, 107–110 (2001).

12. А.К. Дамбис, А.М. Мельник, А.С. Расторгуев/ Тригономет рические параллаксы и кинематически согласованная шкала расстояний до ОВ-ассоциаций. Письма в Астрон. журн.

27, 68–75 (2001).

13. A.K. Dambis, E.V. Glushkova, A.M. Mel’nik, A.S. Rastorguev/ The Distance Scale and the Rotation Curve of Young Supergiants and Open Clusters. Astron. Astrophys. Trans. 20, 161– (2001).

14. А.М. Мельник, А.К. Дамбис, А.С. Расторгуев/ Периодиче ская структура поля пространственных скоростей цефеид и спиральные рукава Галактики. Письма в Астрон. журн.

25, 602–610 (1999).

15. Т.Г. Ситник, А.М. Мельник/ Волновая природа рукава Лебедя Ориона. Письма в Астрон. журн. 25, 194–208 (1999).

16. А.М. Мельник, Т.Г. Ситник, А.К. Дамбис, Ю.Н. Ефремов, А.С. Расторгуев/ Кинематические свидетельства волновой природы спирального рукава Киля-Стрельца. Письма в Астрон. журн. 24, 689–698 (1998).

17. E.V. Glushkova, A.K. Dambis, A.M. Mel’nik, A.S. Rastorguev/ Investigation of the kinematics of young disk populations. Astron.

Astrophys. 329, 514–521 (1998).

18. Yu.N. Mishurov, I.A. Zenina, A.K. Dambis, A.M. Mel’nik, A.S.

Rastorguev/ Is the Sun located near the corotation circle? Astron.

Astrophys. 323, 775–780 (1997).

19. Т.Г. Ситник, А.М. Мельник/ Остаточные движения ОВ ассо циаций и связанных с ними молекулярных облаков. Пись ма в Астрон. журн. 22, 471–480 (1996).

20. А.К. Дамбис, А.М. Мельник, А.С. Расторгуев/ Кривая вра щения системы классических цефеид и расстояние Солнца от центра Галактики. Письма в Астрон. журн. 21, 331– 347 (1995).

21. А.М. Мельник, Ю.Н. Ефремов/ Новый список ОВ ассоци аций в Галактике. Письма в Астрон. журн. 21, 13– (1995).

22. A.M. Mel’nik/ The Absolute proper motions of 79 stars from Humphreys’s list of stars in associations. Astron. Astrophys.

Trans. 5, 243–247 (1994).

23. A.M. Mel’nik/ Description of the catalog "Line-of-sight velocities and proper motions of OB-associations", VizieR on-line Catalog, Cat74000518 (2009).

24. A.M. Valitova (Mel’nik), D.K. Karimova, E.D. Pavlovskaya/ The catalogue of proper motions for High Luminosity Stars, Bull. Inform. CDS 37, 177–178 (1989).

25. А.М. Валитова (Мельник), Е.Д. Павловская, Д.К. Каримо ва/ Каталог собственных движений звезд высокой светимо сти спектральных классов О и В. В сборнике: Каталог изме рений лучевых скоростей. Каталог собственных движений.

М. МГУ, 1990, стр. 70–91.

Апробация работы Основные результаты, полученные в диссертации, неоднократ но докладывались на семинарах по звездной астрономии ГАИШ МГУ, а также на следующих российских и международных кон ференциях:

• Международная конференция “Dynamics and Evolution of Disk Galaxies”, Пущино-Москва, Россия, май 2010 г.

• Всероссийский астрономический семинар “Современная звезд ная астрономия”, посвященный 100-летию Петра Григорье вича Куликовского, Москва, июнь 2010 г.

• Международная конференция “Variable Stars, the Galactic Halo, and Galaxy Formation”, Звенигород, Россия, октябрь 2009 г.

• Всероссийская астрономическая конференция “Звездные си стемы” (к 100-летию Павла Петровича Паренаго), Москва, май 2006 г.

• Всероссийская астрономическая конференция “Передние ру бежи астрофизики”, Москва, май 2005 г.

• Международная конференция “From cosmological structures to the Milky Way”, Прага, Чешская республика, сентябрь 2004 г.

• Международная конференция JENAM-2003, Будапешт, Вен грия, август 2003 г.

• Семинар ESO “Stellar Complexes and the Gould Belt”, Мюнхен, Германия, октябрь 2001 г.

• Международная конференция JENAM-2000, Москва, май г.

• Международная конференция JENAM-1999, Тулуза, Фран ция, сентябрь 1999 г.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и спис ка литературы. Она изложена на 164 страницах, включает таблиц и 45 рисунков. Список литературы содержит 231 наиме нования.

Содержание работы Во введении дается общая характеристика работы, обосновыва ется ее актуальность, формулируются цели, обосновывается на учная новизна работы, а также ее научная значимость, и фор мулируются выносимые на защиту положения.

Первая глава посвящена каталогу лучевых скоростей и соб ственных движений ОВ-ассоциаций, выделенных Блаха и Хам фрис (1989) на основе фотометрических данных. Сравниваются собственные движения, выведенные для старой и новой редукции каталога Hipparcos. Мы находим параметры кривой вращения в окрестности 3 кпк от Солнца и вычисляем остаточные скорости в пяти областях интенсивного звездообразования, которые прак тически совпадают со звездно-газовыми комплексами, выделен ными Ефремовым и Ситник (1988). Анализ лучевых скоростей и собственных движений ОВ-ассоциаций, показал, что кривая вра щения Галактики является практически плоской в окрестности кпк от Солнца и соответствует большому значению угловой ско рости вращения на расстоянии Солнца, 0 = 31 ± 1 км/с/кпк.

Мы вычислили параметры кривой вращения, компоненты движе ния Солнца и коэффициент шкалы расстояний k для различных значений галактоцентрического расстояния Солнца R0 = 7.1–9. кпк. Значения 0, u0, v0 и k практически не зависят от выбора R0. Параметры 0 и заметно меняются с изменением R0, но при этом значение постоянной Оорта A = 0.5R0 0 остается практически на одном уровне A = 17.3–17.9 км/с/кпк. Показа но, что шкала расстояний Блаха и Хамфрис требует сокращения на 10–20%. Все результаты мало зависят от способа редукции данных со спутника Hipparcos (Мельник и Дамбис, 2009).

Во второй главе представлена попытка интерпретировать си стематические движения молодых звезд в рамках модели спи рального узора. Исследуется периодическая структура поля оста точных скоростей OB-ассоциаций. Мы определяем длину вол ны периодических изменений скорости вдоль галактического радиус-вектора, которая в первом приближении равна расстоя нию между рукавами. Именно значение, а не угол закрутки рукавов, непосредственно определяется из анализа кинематики звезд в окрестности 3 кпк от Солнца. Для вычисления угла за крутки необходима дополнительная информация о числе спи ральных рукавов. Полученное значение = 2 ± 0.2 кпк соответ ствует углу закрутки спиральных рукавов i = 5 для двухрукав ной модели и i = 10 для четырехрукавной модели спирального узора (Мельник и др., 2001). Совпадение положений минимумов в колебаниях радиального и азимутального компонентов скоро сти указывает на присутствие ударной волны в диске Галактики (Мельник, 2003). Две особенности спиральной структуры Галак тики - присутствие ударной волны и тугозакрученный спираль ный узор - заставляют нас отказаться от концепции квазистаци онарного спирального узора.

Мы попытались определить очертания глобального спираль ного узора, исследуя распределение объектов, демонстрирую щих одинаковые направления радиального компонента остаточ ной скорости. Области Персея, Лебедя и Киля с систематиче скими некруговыми движениями, направленными к центру Га лактики, могли бы принадлежать одному и тому же, возмож но клочковатому, спиральному рукаву. Фурье анализ распреде ления молодых объектов с одинаковыми кинематическими ха рактеристиками по логарифмическим спиралям выявил присут ствие лидирующего компонента в спиральной структуре Галакти ки, что свидетельствует о существовании кольцевой структуры в ней (Мельник, 2005).

Третья глава посвящена моделям с аналитическими барами, в которых газовые диски формируют внешние кольца под вли янием вращающегося бара, потенциал которого задан аналити ческим выражением. Показано, что кинематика внешних колец и псевдоколец определяется двумя процессами: резонансной на стройкой и вытеканием газа. Резонансная кинематика отчетливо наблюдается в правильных кольцах, тогда как кинематика выте кающего газа проявляет себя в псевдокольцах. Резонанс между эпициклическим и орбитальным движением в системе отсчета, вращающейся со скоростью бара, приводит к настройке эпицик лических движений частиц в соответствии с вращением бара.

Это регулирование создает систематические некруговые движе ния, направление которых зависит от позиционного угла точки относительно большой оси бара и от класса внешнего кольца.

Модели Галактики с псевдокольцом класса R1 R2 хорошо вос производят радиальные и азимутальные компоненты остаточных скоростей ОВ-ассоциаций в областях Персея и Стрельца: разли чие модельных и наблюдаемых скоростей не превышает 3 км/с.

Кинематика ОВ-ассоциаций в области Персея указывает на при сутствие кольца R2 в Галактике, тогда как скорости в области Стрельца свидетельствуют о существовании кольца R1. Азиму тальные скорости в области Стрельца точно определяют позици онный угол Солнца относительно большой оси бара b = 45 ± (Мельник и Раутиайнен, 2009).

В четвертой главе анализируются N-body модели, в которых бары формируются под действием гравитационной неустойчиво сти. Галактический диск в наших моделях включает две подси стемы: звездная подсистема моделировалось с помощью 8 мил лионов гравитирующих частиц, а газовая – с помощью 40 тысяч негравитирующих частиц, которые могут неупруго сталкиваться друг с другом. Показано, что модельный звездный диск быстро формирует бар, начальная угловая скорость которого достаточно велика. Она быстро уменьшается на начальной стадии и выхо дит на плато, удерживая 50 км/с/кпк в течении несколь ких миллиардов лет. Чтобы уменьшить влияние медленных мод и случайных возмущений, мы усредняем мгновенные скорости газовых частиц, расположенных внутри границ звездно-газовых комплексов, и сравниваем их средние скорости с наблюдаемы ми скоростями. Мы также изучаем периодичность в колебани ях скоростей, зависимость средних скоростей от позиционного угла Солнца и эволюционные аспекты кинематики. Рассмотрен ная N-body модель воспроизводит кинематику OB ассоциаций в областях Персея и Стрельца и в Местной системе. Скорости газовых частиц, усредненные на большом интервале времени ( млд. лет), воспроизводят направление радиального и азимуталь ного компонентов остаточных скоростей в этих областях. Сред нее различие модельных и наблюдаемых скоростей составляет V = 3.3 км/с. Успех N-body моделей в Местной системе веро ятно вызван учетом гравитации от звездного кольца R1, которая игнорировалась в моделях с аналитическими барами (Раутиай нен и Мельник, 2010).

В рассмотренных N-body моделях OLR бара расположен вбли зи Солнца и всегда вне солнечного круга (ROLR = 8.1 кпк при R0 = 7.5 кпк). В целом, это согласуется с результатами исследо ваний кинематики звезд в малой окрестности Солнца, r пк (Денен, 2000;

Фукс, 2001;

Минчев и др., 2009), хотя в этих работах OLR бара всегда оказывается лежащим внутри солнеч ного круга. Оптимальное значение позиционного угла Солнца b, обеспечивающего наилучшее согласие модельных и наблюдае мых скоростей, составляет b = 45 ± 5. Наши модели форми руют достаточно длинный бар (Rbar 4.0 кпк), но его длина и ориентация согласуются с результатами исследований распреде ления красных гигантов (K-M III) в центральной области Галак тики, основанных на наблюдениях в среднем и ближнем инфра красном диапазонах (Бенжамин и др., 2005;

Кабрера-Лаверс и др., 2007).

Пятая глава посвящена морфологии спирального узора Галак тики. Мы сравниваем распределение частиц в модельных дис ках с наблюдаемой спиральной структурой. Модель Галактики с кольцом R1 R2 может объяснить некоторые крупномасштабные морфологические особенности спиральной структуры Галакти ки. Рукав Киля-Стрельца вполне может состоять из двух восхо дящих сегментов внешних колец R1 и R2, которые практически стыкуются друг с другом вблизи области Киля. Рукава Персея и Южного Креста можно частично отождествить с нисходящи ми сегментами кольца R2. Модель двухкомпонентного внешнего кольца также может объяснить существование некоторых тан генциальных направлений. Исследуется спирально-кольцевая мо дель Галактики, включающая два внешних кольца, внутреннее кольцо и два малых фрагмента спиральных рукавов, соединяю щих внутреннее и внешнее кольца. Показано, что расстояния до большинства гигантских комплексов звездообразования катало га Руссейл (Руссейл, 2003;

Руссейл и др., 2007) согласуются в пределах ошибок с заданной моделью.

В Заключении кратко изложены основные результаты диссер тации.

Работа с соавторами В работах с Пертти Раутиайненом мне принадлежит равная доля участия в постановке задачи, визуализации и интерпретации мо делей и написании статей. Моделирование полностью выполнено П. Раутиайненом. В работе с другими соавторами мне принад лежит равная доля участия в работе над статьями.

Краткий список литературы 1. Бенжамин и др. (R.A. Benjamin, E. Churchwell, B.L. Babler et al.), Astrophys. J. 630, L149 (2005).

2. Берд и др. (G. Byrd, P. Rautiainen, H. Salo, R. Buta, D.A.

Crocker), Astron. J. 108, 476 (1994).

3. Бертон, Баниа (W.B. Burton, T.M. Bania), Astron. Astrophys.

33, 425 (1974).

4. Бинни, Тремейн (J. Binney, S. Tremaine), Galactic Dynamics, Princeton Univ. Press, 2008.

5. Биссанз и др. (N. Bissantz, P. Englmaier, O. Gerhard), MNRAS 340, 949 (2003).

6. Блаха, Хамфрис (C. Blaha, R.M. Humphreys), Astron. J. 98, 1598 (1989).

7. Блиц и др. (L. Blitz, J. Binney, K.J. Lo, J. Bally, P.T.P. Ho), Nature 361, 417 (1993).

8. Бранд, Блиц (J. Brand, L. Blitz), Astron. Astrophys. 275, (1993).

9. Бута (R. Buta), Astrophys. J. Suppl. Ser. 96, 39 (1995).

10. Бута, Ком (R. Buta, F. Combes), Fund. Cosmic Physics 17, (1996).

11. Бута и др. (R. Buta, H.G. Corwin, S.C. Odewahn), The de Vaucouleurs Atlas of Galaxies, Cambridge Univ. Press (2007).

12. Бута, Крокер (R. Buta, D.A. Crocker), Astron. J. 102, (1991).

13. Валле (J.P. Valle), Astron. J. 130, 569 (2005).

e 14. Валле (J.P. Valle), Astrophys. J. 135, 1301 (2008).

e 15. ван Льювен (F. van Leeuwen), Astron. Astrophys. 474, (2007).

16. Вейнер, Селвуд (B.J. Weiner, J.A. Sellwood), Astrophys. J.

524, 112 (1999).

17. Герхард (O. Gerhard), Tumbling, twisting, and winding galaxies:

Pattern speeds along the Hubble sequence, Eds. E. M. Corsini, V. P. Debattista, (2010 in press), arXiv: 1003.2489.

18. Дейм, Таддеуш (T.M. Dame, P. Thaddeus), Astrophys. J. 683, L143 (2008).

19. Денен (W. Dehnen), Astrophys. J. 119, 800 (2000).

20. Дриммел (R. Drimmel), Astron. Astrophys. 358, 13 (2000).

21. Ефремов Ю.Н., Астрон. журн. (в печати), arXiv:1011. (2011).

22. Ефремов Ю.Н., Ситник Т.Г., Письма в Астрон. журн. 14, 817 (1988).

23. Жоржелин, Жоржелин (Y.M. Georgelin, Y.P. Georgelin), Astron.

Astrophys. 49, 57 (1976).

24. Инглмайер, Герхард (P. Englmaier, O. Gerhard), MNRAS 304, 512 (1999).

25. Инглмайер, Герхард (P. Englmaier, O. Gerhard), Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 94, 369 (2006).

26. Кабрера-Лаверс и др. (A. Cabrera-Lavers, P.L. Hammersley, C.

Gonzalez-Fernandez, M. Lopez-Corredoira, F. Garzon, and T.J.

Mahoney), Astron. Astrophys. 465, 825 (2007).

27. Калнайс (A.J. Kalnajs), Dynamics of Disc Galaxies, Ed. B.

Sundelius (Gteborgs Univ., 1991) p. 323.

o 28. Контопулос, Гросбол (G. Contopoulos, P. Grosbol), Astron.

Astrophys. Review 1, 261 (1989).

29. Лин и др. (C.C. Lin, C. Yuan, F.H. Shu), Astrophys. J. 155, 721 (1969).

30. Лепин и др. (J.R.D. Lpine, Y.N. Mishurov, S.Y. Dedikov), e Astrophys. J. 546, 234 (2001).

31. Массет, Таггер (F. Masset, M. Tagger), Astron. Astrophys.

322, 442 (1997).

32. Минчев и др. (I. Minchev, C. Boily, A. Siebert, O. Bienayme), MNRAS 407, 2122 (2010).

33. Мельник А.М., Письма в Астрон. журн. 29, 349 (2003).

34. Мельник А.М., Письма в Астрон. журн. 31, 91 (2005).

35. Мельник А.М., Письма в Астрон. журн. 32, 9 (2006).

36. Мельник А.М., Дамбис А.К. (A.M. Melnik, A.K. Dambis), MNRAS 400, 518 (2009).

37. Мельник А.М., Дамбис А.К., Расторгуев А.С., Письма в Аст рон. журн. 27, 611 (2001).

38. Мельник А.М., Раутиайнен П., Письма в Астрон. журн. 35, 676 (2009).

39. Раутиайнен П., Мельник А.М. (P. Rautiainen, A.M. Melnik), Astron. Astrophys. 519, 70 (2010).

40. Раутиайнен, Сало (P. Rautiainen, H. Salo), Astron. Astrophys.

348, 737 (1999).

41. Раутиайнен, Сало (P. Rautiainen, H. Salo), Astron. Astrophys.

362, 465 (2000).

42. Рейд, Ментен, Женг и др. (M.J. Reid, K.M. Menten, X.W.

Zheng, et al.), Astrophys. J. 700, 137 (2009).

43. Робертс (W.W. Roberts), Astrophys. J. 158, 123 (1969).

44. Робертс (W.W. Roberts), Astrophys. J. 173, 259 (1972).

45. Робертс, Юань (W.W. Roberts, C. Yuan), Astrophys. J. 161, 887 (1970).

46. Робертс, Стюарт (W.W. Roberts, G.R. Stewart), Astrophys. J.

314, 10 (1987).

47. Робертс, Хосман (W.W. Roberts, M.A. Hausman), Astrophys.

J. 277, 744 (1984).

48. Родригез-Фернандез, Ком (N.J. Rodriguez-Fernandez, F. Combes), Astron. Astrophys. 489, 115 (2008).

49. Руссейл (D. Russeil), Astron. Astrophys. 397, 133 (2003).

50. Руссейл и др. (D. Russeil, C. Adami, Y.M. Georgelin), Astron.

Astrophys. 470, 161 (2007).

51. Ситник Т.Г., Письма в Астрон. журн. 29, 356 (2003).

52. Селвуд, Спарк (J.A. Sellwood, L.S. Sparke), MNRAS 231, (1988).

53. Фукс (R. Fux), Astron. Astrophys. 373, 511 (2001).

54. Хоу и др. (L.G. Hou, J.L. Han, W.B. Shi), Astron. Astrophys.

499, 473 (2009).

55. Хэбин и др. (H.J. Habing, M.N. Sevenster, M. Messineo, G. van de Ven, and K. Kuijken), Astron. Astrophys. 458, 151 (2006).

56. Чакрабарти (D. Chakrabarty), Astron. Astrophys. 467, (2007).

57. Чечвел и др. (E. Churchwell, B.L. Babler, M.R. Meade et al.), PASP 121, 213 (2009).

58. Шварц (M.P. Schwarz), Astrophys. J. 247, 77 (1981).

59. The Hipparcos and Tycho Catalogs, ESA SP-1200 (1997).



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.