УДК 524.6-34
КРИВАЯ ВРАЩЕНИЯ ГАЛАКТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СПИРАЛЬНОЙ ВОЛНЫ ПЛОТНОСТИ ПО 73 МАЗЕРАМ
© 2013 г. В. В. Бобылев1,2*, А. Т. Байкова1
1 Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково
2Астрономический институт им. В.В. Соболева Санкт-Петербургского государственного университета Поступила в редакцию 17.05.2013 г.
По кинематическим данным о мазерах с известными тригонометрическими параллаксами, а также измерениям скоростей водородных облаков Ш в тангенциальных точках во внутренней области Галактики уточнены параметры модели Аллен—Сантильяна потенциала Галактики и построена кривая вращения Галактики в широком диапазоне галактоцентрических расстояний от 0 до 20 кпк. Круговая скорость вращения Солнца для принятого значения галактоцентрического расстояния Я0 = 8 кпк составила У0 = 239 ± 16 км/с. Получены ряды остаточных тангенциальных ДУд и радиальных Уд скоростей семидесяти трех мазерных источников, на основе которых с применением предложенного нами ранее метода периодограммного анализа найдены параметры галактической спиральной волны плотности, удовлетворяющей линейной модели Линя и Шу. Амплитуды тангенциальных и радиальных возмущений составили /д = 7.0 ± 1.2 км/с и = 7.8 ± 0.7 км/с соответственно, длина волны возмущений А = 2.3 ± 0.4 кпк, угол закрутки спирального узора в двухрукавной модели г = —5.2° ± ± 0.7°. Фаза Солнца х& в спиральной волне составила —210° ± 15° по остаточным тангенциальным и — 160° ± 15° по радиальным скоростям.
Ключевые слова: кинематика и динамика Галактики, спиральные волны плотности, мазерные источники.
DOI: 10.7868/80320010813120036
ВВЕДЕНИЕ
Спектральный (периодограммный) анализ остаточных пространственных скоростей различных молодых галактических объектов (водородных облаков, OB-звезд, рассеянных скоплений звезд, мазерных источников), трассирующих спиральные рукава, был использован, например, в работах Клеменса (1985), Бобылева и др. (2008), Бобылева, Байковой (2010). В соответствии с моделью Линя, Шу (1964) были определены такие параметры спиральной волны плотности, как угол закрутки, амплитуда и длина волны возмущений, а также значение фазы Солнца в спиральной волне.
В работе Байковой, Бобылева (2012) были изучены пространственные скорости 44 мазеров из интервала галактоцентрических расстояний 3— 14 кпк. Значимо отличающаяся от нуля амплитуда скоростей возмущений, вызванных волной плотности, была найдена только в галактоцентрических
Электронный адрес: vbobylev@gao.spb.ru
радиальных скоростях этих источников /к = 7.7 ± ± 1.6 км/с. Амплитуда же скоростей возмущений в остаточных скоростях вращения /в оказалась близкой к нулю, что выглядит странно. Например, остаточные скорости вращения облаков водорода показывают амплитуду периодических возмущений /в & 6 ± 1.5 км/с (Клеменс, 1985), или цефеиды /в = 3.3 ± 0.5 км/с (Бобылев, Байкова, 2012). И теоретические оценки говорят о том, что величина /в не должна сильно отличаться от величины /к (Бертон, 1971).
В настоящий момент имеются данные о примерно 80 галактических мазерах, которые распределены в диапазоне расстояний 0—20 кпк, количество измеренных параллаксов постоянно увеличивается. Большой интерес представляет задача по определению согласующихся между собой параметров спиральной волны плотности, полученных как по радиальным, так и по тангенциальным скоростям. Для этого необходимо построить гладкую кривую вращения в широком диапазоне расстояний, максимально приближенную к данным. Известны самые разнообразные методы определения
гладкой кривой вращения: построение составной кривой по скоростям вращения с применением полиномов различных степеней (Клеменс, 1985), решение кинематических уравнений Боттлингера с использованием нескольких членов разложения угловой скорости вращения в ряд Тейлора (Заболотских и др., 2002; Попова, Локтин, 2005; Бобылев и др., 2008), приближение скоростей вращения набором экспоненциальных функций (Аморес и др., 2009).
В настоящей работе применяется динамический метод. Он заключается в построении функции галактического потенциала. Этот подход реализован, например, в трехкомпонентной модели потенциала Галактики (Аллен, Сантильян, 1991; Хоперсков и др., 2013; Ирганг и др., 2013).
Целью настоящей работы является уточнение параметров трехкомпонентной модели галактического потенциала, описанного в работе Аллен, Сантильяна (1991), построение гладкой кривой вращения Галактики в диапазоне 0—20 кпк и на этой основе определение параметров спиральной волны плотности по остаточным тангенциальным и радиальным скоростям максимального числа известных на сегодняшний день мазерных источников с точно измеренными тригонометрическими параллаксами. Для уточнения параметров галактического потенциала и построения кривой вращения в широком диапазоне галактоцентрических расстояний 0—20 кпк используются как данные о мазерных источниках с галактоцентрическими расстояниями из интервала 3—20 кпк, так и данные об облаках нейтрального водорода в тангенциальных точках во внутренней области Галактики (R < 2 кпк), где надежные измерения скоростей мазеров в настоящее время отсутствуют.
ДАННЫЕ
Мы используем значения координат, собственных движений и тригонометрических параллаксов мазерных источников, которые измерены РСДБ-методом с ошибкой в среднем менее 10%. Эти мазеры связаны с очень молодыми объектами — протозвездами, в основном, большой массы (но есть и маломассивные, известен также ряд массивных сверхгигантов), расположенными в областях активного звездообразования, и тем самым хорошо трассируют спиральные рукава.
Одним из проектов по получению таких данных является японский проект VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry), нацеленный на наблюдения H2O-мазерных галактических источников на частоте 22 ГГц(Хирота и др., 2007) и SiO-мазеров (таких очень мало среди молодых объектов) на частоте 43 ГГц (Ким и др., 2008). Метанольные (CH3OH) мазеры наблюдаются на частоте 12 ГГц в
США на VLBA (Рид и др., 2009a). Наблюдение мазеров ведутся и в рамках Европейской РСДБ-сети, которая сейчас включает три российские станции системы КВАЗАР (Ригл и др., 2010). С такими же целями ведутся и РСДБ-наблюдения радиозвезд в континууме на частоте 8.4 ГГц(Дзиб и др., 2011).
Полная информация о 44 мазерах (координаты, лучевые скорости, собственные движения и параллаксы) отражена в работах Байковой, Бобылева (2012). Позднее был опубликован ряд работ с новыми результатами измерений. Новые данные о 31 источнике отражены в табл. 1. Отметим, что девять из них не имеют мазерного излучения, но они являются достаточно яркими радиозвездами, у которых измерены параллаксы РСДБ-методом с высокой точностью в континууме. Это ряд маломассивных звезд в Тельце (Hubble 4, V773 Tau AB, TTau N, HDE 283572 и HP Tau/G2), Змее (EC 95) и Змееносце (S1 и DoAr21 Oph), а также массивная рентгеновская двойная Cyg X-1, одним из компонентов которой является черная дыра.
Во внутренней области Галактики (R < 2 кпк) данные о мазерах пока практически отсутствуют. Тригонометрические параллаксы (Рид и др., 2009б) измерены только для двух мазерных пятен в области Sgr B2, но мы их не используем для наших исследований и приводим только для иллюстрации, поскольку спиральный узор Галактики начинается с концов бара (R > 3 кпк). Поэтому наша итоговая выборка источников, по которой определяются параметры спиральной волны плотности, содержит всего 73 источника.
Для уточнения параметров модели потенциала Галактики, а также построения кривой вращения в широком диапазоне расстояний, как правило, требуется привлечение данных об объектах различных классов. Так, в работе Ирганга и др. (2013) для построения потенциала Галактики, помимо данных о 30 мазерных источниках, использованы данные как о водороде во внутренней области Галактики (R < 2 кпк) из работы Бертона, Гордона (1978), так и данные о CO в средней области Галактики в интервале расстояний 3—8 кпк из работы Кле-менса (1985). Это сделано из-за большой "дыры" в распределении мазеров. В нашем случае ситуация существенно другая — мы имеем уже 73 мазера, которые достаточно плотно заполняют интервал расстояний 3—14 кпк, поэтому мы используем только лучевые скорости облаков нейтрального водорода, расположенных в тангенциальных точках во внутренней области Галактики (Бертон, Гордон, 1978).
МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ
Для определения круговых скоростей звезд необходимо знать значения двух величин: расстояния Солнца до центра Галактики R0, значение
Таблица 1. Исходные данные об источниках
Источник a (5 7Г (а я , мед мед/год /хг(сг м) Vr(ayr), км/с Ссылка
IRAS 5168+36 80?0920 36?6324 .532 .053) .23 1.07) -3.14 .28) -15.5(1.9) (1)
NML Cyg 311.6064 40.1165 .620 .047) -1.55 .42) -4.59 .41) -.1(2) (2)
IRAS 20143+36 304.0467 36.7167 .368 .037) -2.99 .16) -4.37 .43) 7.0(3) (3)
PZCas 356.0137 61.7895 .390 .022) -3.20 .10) -2.50 .10) —36.1(.7) (4)
IRAS 22480+60 342.4953 60.2991 .400 .025) -2.58 .33) -1.91 .17) -50.8(3.5) (5)
RCW 122 260.0242 -38.9603 .296 .026) -.73 .04) -2.83 .50) -12.6(5) (6)
Hubble 4 64.6960 28.3354 7.530 .030) 4.30 .05) -28.90 .30) 6.1(1.7) (7)
HDE 283572 65.4952 28.3018 7.780 .040) 8.88 .06) -26.60 .10) 6.0(1.5) (7)
TTauN 65.4976 19.5351 6.820 .030) 12.35 .04) -12.80 .05) 7.7(1.2) (8)
V773 Tau AB 63.5538 28.2034 7.700 .190) 8.30 .50) -23.60 .50) 7.5(.5) (9)
HP Tau/G2 68.9757 22.9037 6.200 .030) 13.85 .03) -15.40 .20) 6.8(1.8) (10)
SI Oph 246.6424 -24.3912 8.550 .500) -3.88 .69) -31.55 .50) 3.0(3) (П)
DoAr21 Oph 246.5126 -24.3934 8.200 .370) -26.47 .92) -28.23 .73) 3.0(3) (П)
EC 95 277.4912 1.2128 2.410 .020) .70 .02) -3.64 .10) 9.0(3) (12)
G074.03—1.71 306.2796 34.8327 .629 .017) -3.79 .18) -4.88 .25) 13.4(3) (13)
G075.76+0.33 305.4212 37.4248 .285 .022) -3.08 .06) -4.56 .08) -9.6(3) (13)
G075.78+0.34 305.4334 37.4437 .281 .034) -2.79 .07) -4.72 .07) 3.4(3) (13)
G076.38-0.61 306.8562 37.3801 .770 .053) -3.73 3.00) -3.84 3.0) 6.9(3) (13)
G079.87+1.17 307.6214 41.2649 .620 .027) -3.23 1.31) -5.19 1.31) -4.6(3) (13)
G090.21+2.32 315.5946 50.0523 1.483 .038) -.67 3.13) -.90 3.13) -6.2(3) (13)
G092.67+3.07 317.3405 52.3770 .
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.