Согласно наиболее популярным космологическими представлениям, основная часть массы галактик сосредоточена в гало темной материи. Величину этой массы можно измерить в рамках тех или иных модельных предположений, анализируя доступный наблюдательный материал, например, распределение скорости вращения на больших расстояниях от центра (кривую вращения). Значительно сложнее оценить форму темного гало в конкретной галактике, т.е. понять сферично ли оно, сплюснуто или трехосно. Более-менее уверенные доказательства того, что форма гало отлична от сферической, имеются лишь для нашей Галактики. В большинстве остальных случаев приходится довольствоваться косвенными оценками и статистическими закономерностями. В то же время, расчеты показывают, что форма гало может рассказать нам об истории формирования галактик, а также служить тестом для современных космологических моделей.
В галактиках с полярными кольцами (ГПК) наблюдаются внешние кольца или диски из газа, пыли и звезд, вращающиеся в плоскости примерно перпендикулярной к диску центральной галактики. Считается, что образование ГПК, в большинстве случаев, вызвано слиянием галактик с соответствующим направлением момента вращения, аккрецией хозяйской галактикой вещества спутника или газовых облаков из межгалактической среды. Благодаря такой уникальной структуре этих галактик, можно попытаться понять форму гравитационного потенциала, сравнивая кривые вращения, измеренные сразу в двух плоскостях - в центральном диске и в полярном кольце. Предложения использовать эту возможность высказывались уже многократно. Более того, статистическое сравнение максимальных скоростей вращения полярных колец и светимостей центральных галактик указывает на заметную сплюснутость темных гало. Но точные оценки этого параметра в отдельных объектах получались с большой неопределенностью и противоречили друг другу. Прежде всего, потому, что для таких измерений необходимо не только хорошо знать геометрию системы (точные наклоны диска и кольца к лучу зрения и друг к другу), но также иметь надежные данные о движении звездного населения во внешних областях галактик, имеющих относительно низкую яркость.
Кинематика звезд в двух ГПК из нового каталога SPRC (Moiseev et al. 2011) изучалась на 6-м телескопе САО РАН. С помощью многорежимных спектрографов SCORPIO и SCORPIO-2 были получены распределения лучевых скоростей и дисперсии скоростей звезд в SPRC-7 и SPRC-33 (NGC 4262). Вращение газа в кольце SPRC-7 также изучалось на 6-м телескопе с прибором SCORPIO (поле скоростей, полученное А.В.Моисеевым, опубликовано в статье Brosch et al. 2010), а для NGC 4262 использовалась ранее опубликованные данные Oosterloo et al. (2010), изучавших вращении нейтрального водорода на радиотелескопе WSRT. Кроме данных о движения газа и звезд, детальная модель галактик включала также информацию о распределении плотности газа и яркости звездного компонента согласно данным обзора SDSS. Форма темного гало в модели подбиралась так, чтобы добиться наилучшего согласия с наблюдаемым вращением как самих галактик, так и их полярных колец. SPRC-7 - одна из наиболее больших (диаметр кольца около 50 кпк) и далеких среди подтвержденных ГПК, массивное кольцо здесь состоит их газа и звезд и вращается не перпендикулярно плоскости диска галактики, а под углом 73 градуса к нему (рис. 1). NGC 4262 - принадлежит близкому скоплению галактик Virgo, кольцо диаметром около 30 кпк почти не содержит звезд, состоит в основном из газа и ориентировано почти точно ортогонально к центральной галактике (рис. 2). Рассматриваемые галактики заметно отличаются друг от друга. Не удивительно, что и темные гало в них сильно различаются. В SPRC-7 гало заметно сплюснуто к плоскости кольца (отношение осей 1.5-1.7 в зависимости от принятой модели распределения плотности гало). В NGC 4262 ситуация более сложная, так как наблюдаемая картина может быть объяснена только если отношение осей в распределении потенциала темного гало сильно меняется с расстоянием от центра, составляя около 0.4 во внутренних областях и 1.5-2.3 во внешних. Это первая галактика (за исключением нашего Млечного Пути), где надежно зафиксировано изменение формы темного гало с радиусом, предсказанное в некоторых теоретических моделях формирования галактик.
Публикации:
Khoperskov S.A., Moiseev A.V., Khoperskov A.V., Saburova A.S.
2014, MNRAS, accepted; arXiv:1404.1247 [astro-ph.GA]
Для контактов - Alexei Moiseev
 |
 |
 |
Рис.1. Галактика SPRC-7. Слева - комбинация изображений в фильтрах g, r, i по данным SDSS. Полярное кольцо, окружающее центральную линзовидную галактику, выделяется своим синим цветом, так как содержит заметную долю молодых звезд. В центре - изображение SDSS совмещено с полем скоростей ионизованного водорода по данным наблюдений на 6-м телескопе САО РАН: цвета соответствуют наблюдаемым лучевым скоростям (синие точки - приближаются, красные - удаляются от наблюдателя), интенсивность шкалирована в соответствии с распределением яркости в эмиссионной линии H-бета. Справа - распределение гравитационного потенциала темного гало, согласно численным расчетам. Схематично показаны центральный диск и полярное кольцо.
 |
 |
 |
Рис.2. Аналогично для случая галактики NGC 4262. Но здесь полярное кольцо практически не заметно на оптических снимках, так как состоит в основном только из газа. Показано поле скоростей нейтрального водорода по данным наблюдений Oosterloo et al. (2010) в линии 21 см.
===========================================
Надеюсь, что основной результат удалось изложить достаточно популярно. А шли мы к нему долго, есть, что вспомнить. Полярными кольцами начал заниматься еще аспирантом, помогая коллегам из СПбГУ с наблюдениями на нашем 6-м телескопе и с анализом данных. Но сам тогда больше увлекался околоядерными полярными структурами, как менее известными (даже нашел несколько). А за ситуацией с "большими" кольцами как-то не внимательно смотрел, считая, что там многое уже сделано (есть модели их формирования, какие-то оценки формы гало). Но в конце-концов с той командой я работать перестал, надоело плодить работы с минимумом интерпретации, хотелось больше физики. К этому времени я уже сам (случайно) нашел интересный случай полярного кольца в ARP 212, так что решил, что пора самому браться за основную работу. Масла в огонь подлило открытие еще одного (самого далекого и большого из известных в тот момент) полярного кольца, сделанное на нашем телескопе вместе с израильскими и южноафриканскими коллегами. В 2010 г. меня позвали в Пущино с приглашенным докладом на конференцию “Dynamics and evolution of disc galaxies” в Пущино. Решив серьезнее вникнуть в тему, отправился в Питер пообщаться с широко известным в мире специалистом по полярным кольцам - Владимиром Решетниковым. Готовясь к докладу, просмотрел большинство имевшихся статей и осознал, что хотя сама идея использовать эти галактики для изучения формы темного гало, более чем очевидна и многим высказывалась, серьезных наблюдательных работ почти нет, кроме статистических прикидок по интегральным параметрам. Вернее, у классиков были попытки, но наблюдательная техника 90-хх годов сильно отставала от нынешних возможностей. Требовались измерения дисперсии скоростей звезд во внешних областях, имевших слишком низкую поверхностную яркость. Но методика таких измерений у нас уже была отлажена, эта та область наблюдательных задач где наш прибор SCORPIO мог блеснуть своей высокой эффективностью (тут отдельное спасибо разработчику прибора и научному руководителю проектов SCORPIO/SCORPIO-2 - Виктору Афанасьеву). Подоспел и наш новый каталог полярных колец. А в моем ЖЖ за февраль 2011 есть такая запись:
Компенсировал обсуждением новых задач с вырвавшимся на несколько дней из Волгограда
khoperskov. Тогда мы с Александром Хопресковым и подошли к тому, что для первого "броска на измерение формы гало" лучше всего подходят та самая российско-израильско-юарская галактика SPRC-7 и недавно обнаруженное итальянцами в ультрафиолете кольцо вокруг NGC 4262. Не хватало лишь достаточно глубоких спектров, чтобы изучить кинематику центральных галактик (наблюдения в конце-концов мы провели) и, собственно, моделирования всех имеющихся наблюдений. И здесь ничего бы не вышло без знаний, энергии и умений первого автора будущей статьи - Сергея Хоперскова, так сказать, "галактического динамика во втором поколении" :)Аня Сабурова из ГАИШ помогла с анализом данных радионаблюдений нейтрального водорода, предоставленных коллегами из Вестербока. Работа делалась и писалось довольно долго, причем Сергею удалось еще запихнуть туда перечисление почти всех статей о ГПК, чтобы "хоть где-то это было в одном месте и не искать потом..." Но вот кусок, касающийся моделирования на МГУшнух суперкомпьютерах эволюции структур, возникающих в полярных кольцах под воздействием несферических гало, так и не вошел, хоть и доложили его на нескольких конференциях...
Разумеется, работать надо дальше. Открытыми остается множество вопросов, прежде всего, неясно, насколько результаты по форме гало в полярных кольцах можно обобщать на другие галактики.
Ну, а специально для любителей альтернативной космологии: да, расчеты сделаны в рамках наиболее популярного представления о наличии неизвестной темной материи. Но важно, то, что:
- Только видимым веществом наблюдения не объяснить
- Пожалуйста, можно пробовать описывать представленные в нашей работе данные о кинематике газа и звезд любыми альтернативными моделями (модифицированная ньютоновская динамика и т.п.). Но они должны описывать их хуже, чем представленные в статье несферические гало.
Комментарии (0)