ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2008, том 34, № 7, с. 503-515
УДК 524.7
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЛАКТИКИ DDO 68: НОВЫЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА МОЛОДОСТИ
© 2008 г. С. А. Пустильник1*, А. Л. Теплякова1, А. Ю. Князев1-2
1 Специальная астрофизическая обсерватория, пос. Нижний Архыз 2Южно-африканская астрономическая обсерватория, Кейптаун, ЮАР Поступила в редакцию 17.12.2007 г.
Галактика с активным звездообразованием DDO 68 (UGC 5340), с содержанием кислорода 12 + log(O/H) = 7.14, является вторым среди самых обедненных металлами объектов этого типа. Ее пекулярная морфология в оптическом диапазоне и данные о распределении и кинематике нейтрального водорода указывают на ее происхождение в результате слияния. Для оценки возрастов звездного населения DDO 68 использована фотометрия в фильтрах u,g,r,i по изображениям из SDSS. Для выбора представительных областей с минимальным вкладом газовой эмиссии использовались изображения DDO 68 в линии Ha. Анализ полученных цветов проводился путем сравнения с модельными эволюционными треками из пакета PEGASE2 для разных сценариев звездообразования, включая два крайних случая: а) одномоментная вспышка звездообразования, б) непрерывное звездообразование с постоянным темпом. Цвета (u — g) и (g — r) для всех областей согласуются со сценарием нескольких "одномоментных" эпизодов звездообразования с возрастами между ^0.05 и млрд. лет. Из сопоставления цветов и потоков наблюдаемых звездных подсистем с моделями из PEGASE2, полная масса видимых звезд в DDO 68 была оценена на уровне ^2.4 х 107Ме, что соответствует ^6% от полной барионной массы. Все имеющиеся данные не противоречат тому, что галактика DDO 68 относится к числу очень редких кандидатов в молодые галактики. Основная масса звезд в ней образовалась в процессе недавнего (первое сближение млрд. лет назад) слияния двух очень богатых газом дисков. По своим свойствам DDO 68 является наболее близкой к космологически молодым маломассивным галактикам.
Ключевые слова: карликовые галактики, эволюция галактик, взаимодействия галактик, индивидуальные галактики: DDO 68 (UGC 5340).
STUDY OF THE GALAXY DDO 68: NEW EVIDENCE FOR ITS YOUTH, by S. A. Pustilnik, A. L. Teplyakova, and A. Yu. Kniazev. DDO 68 (UGC 5340) is the second most metal-poor star-forming galaxy (its oxygen abundance is 12+log(O/H)=7.14). Its peculiar optical morphology and its HI distribution and kinematics are indicative of a merger origin. We use the u, g, r, and i photometry based on the SDSS images of DDO 68 to estimate its stellar population ages. The Ha images of DDO 68 were used to select representative regions with a minimum contribution from the nebular emission. The derived colors were analyzed by comparison with the PEGASE2 evolutionary tracks for various star formation (SF) scenarios, including the two extreme cases: (i) instantaneous SF and (ii) continuous SF with a constant rate. The (u — g) and (g — r) colors for all of the selected regions are consistent with the scenario of several "instantaneous" SF episodes with ages between ^0.05 and Gyr. The total mass of the visible stars in DDO 68 was estimated by comparing the colors and fluxes of visible stellar subsystems with PEGASE2 models to be ^2.4 х 107 MQ. This accounts for ^6% of the total baryonic mass. All of the available data are consistent with the fact that DDO 68 belongs to the very rare candidates for young galaxies. The bulk of its stars were formed during a recent (with the first encounter Gyr ago) merger of two gas-rich disks. DDO 68 is closest in its properties to cosmologically young low-mass galaxies.
PACS numbers : 95.75.De; 95.85.Kr; 95.85.Ls; 98.52.Sw; 98.52.Wz; 98.58.Ay; 98.58.Nk; 98.62.Aj; 98.62.Bj
Key words: dwarf galaxies, galaxy evolution, galaxy interactions, individual galaxies: DDO 68 (UGC 5340)
Электронный адрес: sap@sao.ru
ВВЕДЕНИЕ
Галактики с очень низким содержанием металлов были открыты более 35 лет назад. Первая и наименее металличная из них, I Zw 18 (Сирл, Саржент, 1972), так же как и несколько похожих объектов, найденных в последние полтора десятилетия (например, SBS 0335—052 E, Изотов и др., 1990; SBS 0335-052 W, Пустиль-ник и др., 1997, 2001; Липовецкий и др., 1999; HS 0822+3542, Князев и др., 2000, Пустильник и др., 2003; DDO 68, Пустильник и др., 2005; HS 2134+0400, Пустильник и др., 2006; UGC 772 и SDSS J2104-0035, Изотов и др., 2006), привлекают к себе внимание несмотря на то, что они очень редки в близкой Вселенной. Причина состоит в том, что такие галактики являются наилучшими близкими аналогами "первичных" богатых газом галактик на больших красных смещениях. Некоторые из них являются хорошими кандидатами в действительно молодые галактики (с возрастами Tstars ^ 13.5 млрд. лет). Они могут представлять отличные возможности как ближайшие лаборатории для детального изучения эволюции галактик в эпохи, когда Вселенная была в 10 и более раз моложе.
Наблюдаемые свойства галактик этой группы, часто называемых галактиками с экстремально низкими металличностями (eXtremely Metal-Deficient, XMD, 12 + log(O/H) < 7.65, или Z < Zq/10), отличаются большим разнообразием, что указывает на вероятные различия их эволюционных путей (например, Пустильник, Мартэн, 2007). Для многих (из пока небольшого числа) детально изученных XMD голубых компактных галактик (blue compact galaxies — BCGs) цвета внешних дисков с низкой поверхностной яркостью являются достаточно красными и согласуются с большими (т.е. сравнимыми с космологическим) возрастами звезд. Однако для некоторых наиболее бедных металлами галактик цвета внешних частей — достаточно голубые. В этих нескольких XMD BCGs признаки "старых" звезд отсутствуют. Таким образом, эти объекты рассматриваются как кандидаты в близкие молодые галактики. Кроме голубых цветов, для этих галактик характерна большая массовая доля газа ¡g = Mgas/(Mgas + + Mstars) (например, для SBS 0335—052 E и W, ¡g = 0.95—0.99, Пустильник и др., 2001, 2004), что также указывает на их молодой эволюционный статус. Недавно на основе данных Космического телескопа Хаббла (^^Момани и др. (2005), Този и др. (2006) и Алоизи и др. (2007) показали, что в галактике I Zw 18 — прототипе XMD-галактик — имеется заметная популяция красных гигантов (RGB, red giant branch) с возрастами T > 2 млрд. лет. Поэтому она не настолько молода (< 0.5 Gyr),
как считали Изотов и Туан (2004). Однако она может быть значительно моложе большинства известных галактик. В любом случае, это возможное "закрытие" I Zw 18 как кандидата в близкие молодые галактики не закрывает возможности для других богатых газом XMD BCG оказаться действительно молодыми. И хотя доказать молодость галактики — трудная задача, открытие новых кандидатов, для которых наблюдательные свойства не противоречат гипотезе молодости, а их более детальное исследование заслуживает внимания, безусловно, представляет интерес. Одной из таких галактик может быть DDO 68.
DDO 68 (UGC 5340) является второй среди самых обедненных металлами галактик после SBS 0335—052 W. Ее O/H соответствует 12+ log(O/H) = 7.14 (Пустильник и др., 2005; Изотов, Туан, 2007) в новой системе соответствующих атомных констант, предложенной Изотовым и др. (2005). Морфология DDO 68 в оптическом диапазоне является необычной. К югу от основного тела галактики хорошо прослеживается "приливный" хвост с протяженностью ^4 кпк (Пустильник и др., 2005). Отсутствие видимых возмущающих соседей наводит на мысль о том, что эта галактика может быть результатом недавнего слияния. Данные картирования DDO 68 в линии HI на радиотелескопе WSRT (Стил, 1999; Стил, Израэл, 2002) уже указывали на некоторую пекулярность HI морфологии (см. обсуждение в Пустильник и др., 2005). Новые HI-карты DDO 68, полученные на радиотелескопе GMRT с более высокой чувствительностью (Экта и др., 2007), позволяют отчетливо обнаружить два похожих приливных хвоста с противоположных сторон от основного тела галактики. Последнее свидетельствует в пользу мержинга двух богатых газом компонентов.
В работе Пустильник и др., 2005, на основе анализа изображений DDO 68, полученных на 6-м телескопе в полосах V и R, сделан вывод о том, что свет звезд в подстилающем "диске" является голубым. Оценки возрастов самых старых звезд соответствуют менее 120 млн. лет для одномоментной вспышки звездообразования (ЗО) и менее 900 млн. лет для непрерывного ЗО с постоянной скоростью, в обоих случаях для стандартной ИФМ Солпитера. В данной работе мы используем независимую высококачественную фотометрию этого объекта, полученную по изображениям из Слоуновского обзора (SDSS) в фильтрах u,g,r,i, для того чтобы оценить возраст звездного населения в DDO 68. В следующем разделе описаны использованные данные SDSS и их обработка. Далее представлены полученные звездные величины и цвета, а также обсуждение полученных
результатов и выводы. Расстояние до DDO 68 принято равным 6.5 Мпк (см. ниже), что соответствует шкале 32 пк в 1".
НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ.
ОБРАБОТКА
Описание данных SDSS
Слоуновский цифровой обзор неба (SDSS; Йорк и др., 2000) хорошо подходит для фотометрических исследований различных выборок галактик благодаря своей однородности, покрываемой площади и глубине (SDSS Project Book1). SDSS — обзор, который получает глубокие изображения и спектры в области неба, покрывающей около четверти небесной сферы. Прямые изображения накапливаются в режиме сканирования в пяти фильтрах (u,g,r,i и z; Фукуджита и др., 1996), с использованием мозаичной ПЗС-камеры (Ганн и др., 1998). Автоматическая система обработки обнаруживает астрономические источники, измеряет их фотометрические и астрометрические характеристики (Лаптон и др., 2001; Фукуджита и др., 1996; Пьер и др., 2003) и выделяет кандидаты для последующей мультифиберной спектроскопии. В то же время данные SDSS, прошедшие стандартную фотометрическую обработку, могут быть использованы и для проведения собственной независимой фотометрии (см., например, Князев и др., 2004). Для представленного ниже исследования DDO 68 были использованы изображения в соответствующих фильтрах из SDSS Data Release 5 (DR5; Адельман-МакКарт
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.