научная статья по теме КЛАССИЧЕСКИЕ ЦЕФЕИДЫ И СПИРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ГАЛАКТИКИ Астрономия

Текст научной статьи на тему «КЛАССИЧЕСКИЕ ЦЕФЕИДЫ И СПИРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ГАЛАКТИКИ»

КЛАССИЧЕСКИЕ ЦЕФЕИДЫ И СПИРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА

ГАЛАКТИКИ

© 2015 г. А. К. Дамбис1*, Л. Н. Бердников12, Ю. Н. Ефремов1, А. Ю. Князев1'3'4, А. С. Расторгуев1, Е. В. Глушкова1, В. В. Кравцов1,5, Д. Г. Тернер6, Д. Дж. Мэджесс6, Р. Сефако3

1 Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

2Astronomy and Astrophysics Research division, Entoto Observatory and Research Center,

P.O. Box 8412, Addis Ababa, Ethiopia

3South African Astronomical Observatory, P.O. Box 9, Observatory, Cape Town, 7935, South Africa

4Southern African Large Telescope, P.O. Box 9, Observatory, Cape Town, 7935, South Africa

5Departamento de Fisica, Faculdad de Ciencias Naturales, Universidad de Atacama,

Copayapu 485, Copiapo, Chile

6Department of Astronomy and Physics, Saint Mary's University, Halifax, NS B3H 3C3, Canada

Поступила в редакцию 01.04.2015 г.

На основании пространственного распределения самой полной на данный момент выборки цефеид с надежно определенными фотометрическими расстояниями (565 звезд), расположенных в пределах кпк от Солнца, исследована спиральная структура Галактики. Угол закрутки спиральных ветвей оценен в 9—10°; наиболее точная оценка, i = 9.5 ± 0.1°, получается в предположении существования глобального четырехрукавного спирального узора; определена фаза Солнца в спиральном узоре — Xq = —121° ± 3°. Путем сравнения положений спиральных рукавов, выявленных по пространственному распределению классических цефеид и галактических мазеров, по разности возрастов этих объектов сделана оценка угловой скорости вращения спирального узора — Qp = 25.2 ± 0.5 км/с/кпк.

Ключевые слова: структура Галактики, цефеиды, спиральные ветви.

001: 10.7868/80320010815090016

ВВЕДЕНИЕ

Расположение спиральных ветвей в нашей Галактике до сих пор остается предметом споров. Так, в распределении нейтрального водорода отчетливо выявляются два спиральных рукава — рукав Киля—Стрельца и рукав Лебедя (Наканиши, Со-фуэ, 2003; Ливайн, Блитц, 2006). Соответствие четырехрукавного спирального узора распределению нейтрального (Ш), молекулярного ^2) и ионизованного водорода (Ш^ отмечалось Энглмайером и Герхардом (1999), Энглмайером и др. (2011), Ху и др. (2009); в то же время Полр и др. (2008) на основе моделирования движения потоков газа предложили двухрукавную модель. Руссель (2003), в свою очередь, построила картину четырехрукав-ного спирального узора по данным о распределении областей звездообразования; Ефремов (2011) также отметил, что данные об областях молекулярного

Электронный адрес: mirage@sai.msu.ru

и нейтрального водорода хорошо согласуются и с картиной четырехрукавного спирального узора, фрагментами которого являются наиболее выраженные рукава Киля и Лебедя, где наблюдаются регулярные промежутки между сверхоблаками атомарного и молекулярного водорода. Более подробную картину можно получить, изучая распределение звезд, концентрирующихся к спиральным рукавам.

Согласно данным наблюдений, в других спиральных галактиках газ и молодые звезды концентрируются практически к одним и тем же спиральным рукавам и, следовательно, молодые звезды и звездные скопления должны неплохо обрисовывать спиральный узор. Проблема заключается в том, что мы находимся внутри тонкого диска Млечного Пути и не можем видеть его так, как видим внешние галактики. Следовательно, для исследования спиральной структуры требуются объекты с хорошо определяемыми расстояниями, притом

такие, которые могут наблюдаться на больших расстояниях. В этом смысле очень перспективными являются галактические мазеры, которые в последнее время стали активно использоваться для изучения строения и кинематики Галактики. Дело в том, что РСДБ-наблюдения мазеров позволяют с высокой точностью определять не только их тригонометрические параллаксы и собственные движения, но и с неплохой точностью оценивать лучевые скорости (Ким и др., 2008; Рид и др., 2009; Ригл и др., 2010; Бобылев, Байкова, 2013). Однако число мазеров с точно измеренными параметрами пока еще недостаточно велико (около 130 объектов) для детального изучения Галактического спирального узора. В то же время классические цефеиды, также сравнительно молодые звезды, расстояния до которых с весьма высокой точностью могут быть определены по зависимости период — светимость, представляются одними из наиболее подходящих объектов для решения рассматриваемой задачи. Так, в результате недавнего исследования Галактики Андромеды (M31) было открыто свыше 2000 цефеид (Кодрич и др., 2013), и практически все они (за исключением 150 цефеид населения гало) концентрируются к спиральным рукавам. Следовательно, есть все основания ожидать и от цефеид нашей собственной Галактики подобной концентрации.

Благодаря обширному массиву данных многоцветной фотометрии, накопленному в ходе оригинальных многолетних наблюдений Галактических цефеид (Бердников, 2008; Бердников и др., 2011, 2014) и надежно установленной у цефеид зависимости период-светимость (Бердников и др., 2000), мы имеем все возможности использовать эти звезды для выявления спиральных ветвей вплоть до расстояния около 5 кпк от Солнца и, следовательно, для надежного определения параметров спирального узора в предположении его регулярного характера.

НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЦЕФЕИД НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ

Практически для всех галактических цефеид, включенных в Общий каталог переменных звезд (Самусь и др., 2007—2012) Бердниковым и др. (2000) и Бердниковым (2006) были опубликованы фотометрические параметры, определенные на основании обширных рядов фотометрических наблюдений, выполненных на 0.5-м—1-м рефлекторах Майданакской обсерватории (Республика Узбекистан), обсерваториях Серро Тололо и Лас Кампанас (Чили) и Южно-африканской астрономической обсерватории. В ходе ПЗС-мониторинга южного неба в рамках проекта ASAS (Пойманский, 2002) было открыто множество новых переменных

звезд, из которых около одной тысячи были классифицированы самими участниками проекта как цефеиды. Однако наблюдения на одних только короткофокусных инструментах проекта ASAS не позволяют использовать данные об этих цефеидах для надежного определения их расстояний. По этой причине в течение девяти наблюдательных сезонов с апреля 2005 года по январь 2013 года (Бердников и др., 2009aA 2011, 2015) на 76-см телескопе Южноафриканской астрономической обсерватории (Южноафриканская Республика) и 40-см телескопе обсерватории Серро Армазо-нес Католического университета (Чили) были выполнены многочисленные ПЗС-наблюдения 164 классических цефеид из каталога ASAS-3. Для наблюдений использовалась ПЗС-камера SBIG ST-10XME и одноканальный импульсный фотометр, оснащенные фильтрами, реализующими полосы BVIc системы Крона—Казинса (Казинс, 1976). Для исследования распределения классических цефеид в нашей Галактике мы использовали обновленную версию каталога параметров кривых блеска классических цефеид (Бердников и др., 2000), включающую 674 звезды. Процедура определения расстояний основана на использовании зависимости период — светимость Бердникова и др. (1996) в инфракрасной полосе K в сочетании в зависимостью период — нормальный цвет (B — V) Дина и др. (1978). Поскольку в рамках получаемой таким образом шкалы оценка расстояния до центра Галактики составляет R0 = 7.1 кпк и она же принималась для учета влияния радиального градиента химического состава на показатели цвета, именно это значение мы используем в данной статье как согласованное с принятыми расстояниями цефеид. Отметим, однако, что полученные нами результаты, представляемые в переменных в и Rg/Ro, остаются практически неизменными, если даже использовать для определения расстояний цефеид более современную зависимость период — светимость Фуке и др. (2007), одновременно увеличив величину R0 до значений ^8.0 кпк.

СПИРАЛЬНЫЕ РУКАВА

Распределение цефеид нашей выборки в проекции на плоскость Галактики показано на рис. 1. На рис. 2 показано распределение тех же цефеид, но в координатах ln (Rg/Ro) — галактоцентрический азимут в. Этот график позволяет более наглядно выделять возможные спиралевидные структуры, потому что логарифмические спирали

Rg/Ro = аов(в-в°)tgi, (1)

в этих координатах принимают вид прямых линий íu(Rg/Ro ) = «о + (в — во) tg i, (2)

2.0

1.5

0

-1.5 -1.0 -0.5

0

У/Я0

0.5

1.0

1.5

2.0

Рис. 1. Распределение классических цефеид в проекции на Галактическую плоскость. Большим кружком и звездочкой отмечены положения Галактического центра и Солнца.

Рис. 2. Распределение классических цефеид в координатах 1п(Ка/Ко) — Галактоцентрический азимут в. Штриховой линией обозначена прямоугольная область "относительной полноты" выборки.

где а0 = 1п а0, г — угол закрутки спирали, а в0 — некоторый произвольно выбранный начальный угол, который мы здесь задаем равным нулю, в0 = 0 (см., например, Бобылев, Байкова, 2013). Из этого графика видно, что рассматриваемая выборка становится крайне неполной за пределами области -0.7 < в < +0.3, -0.45 < Ы(Ес/Ео) <

< +0.7, ограниченной пунктирным круговым сектором и пунктирным прямоугольником на рис. 1 и рис. 2 соответственно. В дальнейшем при поиске фрагментов спирального узора мы рассматриваем только 565 звезд, расположенных внутри этого сектора/прямоугольника.

Рис.3. Зависимость угла закрутки г цепочки с минимальным поперечным разбросом от числа звезд п.

Г I Г 1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I M I I I I I I I Г I I I I I I I I Г I Г I I I I I I [ I Г I I I I I I I I I I I I I Г I Г I I I I I I [ I Г I

2

0

£-2 и се

& -4

h -

^WHHHtfl :

13 -6 ++++

-12 --14 -

11111 ■ ■ ■ *1 ■ ■ ■ ■1 ■ ■ * ■ 1 ■ ■ ■ ■ 1 ■ ■ ■ ■ 1 ■ ■ ■ '1 ■ ■ ■ ■1 ■ ■ ■ ■ 1 ■ ■ ■ * 1 ■ ' ■ ■ 1 ■ ■ * ■1 ' 1 ■ ■1 ■ ' ■ ■1 ' ■ ■ ' 1 ■ ■ ■ I * ■ ■ * ■1 ' ■ ■ ■

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Число цефеид в цепочке, n

Поиск доминирующей спирали

Поскольку в координатах в — 1п(Ко/К0) логарифмическая спираль описывается линейным уравнением, задача поиска фрагментов спирального узора в распределении цефеид сводится к поиску на рис. 2 линейных цепочек минимальной толщины (т.е. с

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком