УДК 524.7
ИСТОРИЯ ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ В ЦЕНТРАХ ЛИНЗОВИДНЫХ ГАЛАКТИК С БАРАМИ И ЧИСТО ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫМИ ВНЕШНИМИ ДИСКАМИ ПО ДАННЫМ SAURON
© 2011 г. О. К. Сильченко1*, И. В. Чилингарян1-2
1 Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва 2Обсерватория Страсбурга, CNRS UMR 7550, Франция
Поступила в редакцию 08.02.2010 г.
Исследованы свойства звездного населения в центральных областях выборки линзовидных галактик с барами и одномасштабными экспоненциальными внешними звездными дисками. Были использованы данные спектрографа интегрального поля SAURON, взятые из открытого архива Группы [телескопов] Исаака Ньютона. В семи галактиках из восьми обнаружены химически выделенные компактные звездные ядра, более чем вдвое превышающие по обилию металлов звездное население балджей. В восьмой галактике в центре в данный момент идет вспышка звездообразования и определить по спектру свойства звездного населения мы не смогли. Интервал средних возрастов звезд в найденных химически выделенных ядрах — от 1 до 11 млрд. лет. Обсуждаются сценарии происхождения как выделенных ядер, так и линзовидных галактик в целом.
Ключевые слова: ядра галактик, структура галактик, эволюция галактик.
ВВЕДЕНИЕ
Практически еще на заре исследования галактик было замечено, что радиальное распределение поверхностной яркости в дисках галактик имеет универсальную форму — поверхностная яркость падает вдоль радиуса по экспоненциальному закону (де Вокулер, 1959; Фриман, 1970). Однако происхождение и природа такой универсальности до сих пор остается неясной. Общественное мнение склоняется к тому, что это свойство — первичное, т.е. оно завязано на начальные условия в момент формирования галактики: газ, остывая в темном гало на временной шкале порядка одного миллиарда лет, оседает в диск с уже экспоненциальным профилем поверхностной плотности (см., например, Черчес и др., 2001), и дальше формирующиеся звезды продолжают "отслеживать" этот закон. Однако были и теоретические работы с обоснованием альтернативной точки зрения — что экспоненциальный профиль поверхностной плотности устанавливается в звездном диске при любом начальном распределении газа в процессе секу-лярной эволюции, если характерное время звездообразования порядка характерного времени вязкой радиальной перестройки газового диска (Лин, Прингл, 1987; Кларк, 1989; Слыж и др., 2002);
Электронный адрес: olga@sai.msu.su
правда, сторонников такого подхода пока было меньшинство.
Однако с повышением точности и глубины поверхностной фотометрии галактик выяснилось, что типичная форма профиля поверхностной яркости диска — вовсе не экспоненциальная, а кусочно-экспоненциальная (см., например, Похлен, Трухи-льо, 2006). Большинство галактических дисков демонстрирует двойную экспоненту: на каком-то радиусе профиль ломается и либо уходит в нуль с укороченным масштабом ("обрезанные" диски), либо продолжается вовне с удлиненным масштабом ("анти-обрезанные" или двухярусные диски). Чисто экспоненциальных дисков, которые сохраняют единый характерный масштаб спадания яркости на всем своем протяжении, не так много: например, среди галактик поздних типов по статистике обзора SDSS их всего 10% (Похлен, Трухильо, 2006). Недавно Эрвин и др. (2008) опубликовали статистику форм радиальных профилей поверхностной яркости для дисковых галактик ранних типов с барами. Там оказалось всего около четверти всех галактик с чисто экспоненциальными профилями яркости внешних звездных дисков (18 из 66).
Именно выборку Эрвина и др. (2008) мы взяли за основу, когда начали исследования с целью связать свойства звездного населения в ядрах галактик с формой профиля яркости внешнего диска. Такая постановка задачи имеет прямой выход
на установление происхождения формы профиля поверхностной плотности дисков. Дело в том, что практически любая перестройка диска галактики, вызвана ли она внутренними причинами (неустой-чивостями, приводящими к формированию бара) или внешними взаимодействиями (приливным воздействием соседа, поглощением спутника, обжимом холодного газового диска давлением внешнего горячего газового гало), приводит к активному сте-канию газа в центр галактики, что может привести к вспышке звездообразования — в самом ядре или в околоядерной области. Когда вспышка закончится, она оставит после себя дополнительные звезды с повышенным содержанием тяжелых элементов, и в интеграле мы будем видеть в этом месте звездное население с повышенной металличностью и пониженным возрастом. Такие химически выделенные ядра мы находим в центрах галактик ранних типов уже много лет, начиная с пионерской статьи Силь-ченко и др. (1992). Если диски галактик изначально были чисто экспоненциальными, а двухярусные профили появились после радиального перераспределения вещества в результате, например, поглощения спутника ("малого мержинга"), то в центре галактики должен остаться отпечаток этого события в виде химически выделенного, относительно молодого звездного ядра. И наоборот, если диск сохранил изначально экспоненциальный профиль с момента своего рождения, то значит, он не испытал бурных перестроек, и в центре не должно быть вторичного звездного населения. Такова была логика планируемого исследования.
В данной статье представлено исследование звездного населения в центральных областях ряда галактик с чисто экспоненциальными (одномас-штабными) внешними звездными дисками. В выборке Эрвина и др. (2008) содержится 18 галактик с одномасштабными дисками; из них 13 имеют морфологический тип SB0—SB0/a. Линзовидные галактики уже ранее активно привлекали внимание исследователей, определяющих методом панорамной спектроскопии параметры звездного населения в ядре и балдже. В частности, в работе Силь-ченко (2006) приводятся металличности и средние возраста звезд для ядер и балджей NGC 2681, NGC 2787 и NGC 7743. Отдельно была также подробно исследована галактика NGC 4245 (Силь-ченко и др., 2009а). Теперь появилась возможность добавить к этим галактикам еще восемь объектов, панорамную спектроскопию для которых мы обнаружили в открытом архиве наблюдательных данных обсерватории Ла Пальма (Isaac Newton Group). Галактики наблюдались со спектрографом интегрального поля SAURON на 4-м телескопе Вильяма Гершеля — сначала в рамках проекта SAURON (де Зеув и др., 2002), а последние два
года — в рамках проекта ATLAS3D. В табл. 1 собраны каталожные характеристики галактик, исследуемых в данной работе.
SAURON: НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Спектрограф интегрального поля SAURON является "частным" прибором и используется для наблюдений на 4.2-м телескопе Вильяма Гершеля на Ла Пальме (Канарские острова) интернациональной командой исследователей, включающей в основном представителей Франции, Нидерландов и Великобритании. Подробное (хотя и без ключевых деталей) описание спектрографа можно найти в статье Бакона и др. (2001). На приборе были осуществлены два крупных наблюдательных проекта по исследованию кинематики и звездного населения центральных областей близких галактик ранних типов: собственно проект SAURON (наблюдения 1999—2002 гг., в выборке 72 галактики) и последующий проект ATLAS3D (наблюдения 2007—2008 гг., более 260 галактик). Результаты первого из проектов были опубликованы и продолжают публиковаться в серии из почти двух десятков статей. По поводу второго из проектов было заявлено, что все наблюдения прошли, но ни предварительные результаты, ни даже сама выборка галактик опубликованы до сих пор не были. Однако все сырые наблюдательные данные, согласно правилам обсерватории, через год после наблюдений появляются в открытом архиве Кембриджского астрономического центра. В табл. 2 приведена сводка деталей наблюдений; некоторые галактики наблюдались в двух "позициях" — это значит, что в первой позиции ядро устанавливалось на один край поля зрения, а во второй — на противоположный. После комбинации результатов обработки наблюдений "двух позиций" получаются карты удвоенного поля зрения SAURON с ядром галактики в центре карты.
Принцип устройства спектрографа SAURON основан на схеме разворота входного линзового блока на небольшой угол относительно направления дисперсии, получившей в литературе название "тигровой моды" (Бакон и др., 1995); на том же принципе был построен и второй вариант спектрографа интегрального поля 6-м телескопа MPFS (1994—1998), что облегчило нам работу с данными SAURON. Ради уплотнения расположения спектров на приемнике (ПЗС формата 4k х 2k), в SAURON интерференционный фильтр вырезает узкий спектральный диапазон, примерно 4800—5350 A, причем по полю зрения меняется (с наклоном пучка) как кривая пропускания фильтра, так и обратная дисперсия: в 1999—2002 гг.
Таблица 1. Глобальные параметры исследуемых галактик
Имя NGC 4267 NGC 4340 NGC 4477 NGC 4596 NGC 4643 NGC 4754 NGC 7743 1С 676
Тип (NED1) SB(s)0— SB(r)0+ SB(s)0: SB(r)0+ SB(rs)0/a SB(r)0- (R)SB(s)0+ (R)SB(r)0+
D{ 0),'(RC32) 3.2 3.4 3.7 3.8 3.1 4.2 3.0 2.4
Bj, (RC3) 11.77 12.01 11.30 11.50 11.54 11.33 12.16 12.70
MB (LEDA3) -19.3 -18.9 -20.5 -20.9 -19.9 -20.2 -19.9 -18.2
(B-V)°T( RC3) 0.91 0.91 0.94 0.92 0.93 0.90 0.84 -
Vr, км/с (NED) 1009 950 1355 1870 1335 1347 1710 1453
Расстояние4, Мик 16.8 16.8 16.8 16.8 25.7 16.8 24.4 -
Эмиссия в ядре? 5 нет нет Sy2 Liner2:: HII/AGN2:: Sy2 НИ НИ10
Окружение (NOG6) Скопление в Деве Скопление в Деве Скопление в Деве Скопление в Деве Поле Скопление в Деве Поле Группа
Радиус бара7, сек. дуги 26 48 37 57 62 27 37 18
Ранее? MPFS — — — — Длинная щель8 MPFS9 —
1 NASA/IPAC Extragalactic Database.
2 де Вокулер и др. (1991).
3 Lyon-Meudon Extragalactic Database.
4 Талли, Фишер (1988).
5 Хо и др. (1997).
6 Джуричин и др. (2000).
7 Эрвин (2005).
8 Фишер и др. (1996).
9 Сильченко (2006).
10 Маркарян, Липовецкий (1976).
Таблица 2. Спектральные наблюдения восьми SB0 галактик с SAURON
NGC Дата Техр, МИН FWHM" РА(верх), град
NGC 4267, 1-е положение 28.02.2008 2 х 30 1.5 200
NGC 4267, 2-е положение 28/29.02.2008 3 х 30 1.5 200
NGC 4340, 1-е положение 14.01.2008 2 х 30 1.6 190
NGC 4340, 2-е положение 14.01.2008 2 х 30 1.6 190
NGC 4477 25.03.
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.