научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ПЫЛЕВОГО КОМПОНЕНТА В КАРЛИКОВОЙ ГАЛАКТИКЕ HOLMBERG II Астрономия

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ПЫЛЕВОГО КОМПОНЕНТА В КАРЛИКОВОЙ ГАЛАКТИКЕ HOLMBERG II»

удк 524.354.4

ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ПЫЛЕВОГО КОМПОНЕНТА В КАРЛИКОВОЙ ГАЛАКТИКЕ HOLMBERG II

© 2014 г. Д. З. Вибе1*, М. С. Храмцова1, О. В. Егоров2, Т. А. Лозинская2

1Институт астрономии РАН, Москва

2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга Поступила в редакцию 17.12.2014 г.

Проведено детальное фотометрическое исследование областей звездообразования (ОЗО) в галактике Holmberg II с использованием архивных данных наблюдений от дальнего инфракрасного до ультрафиолетового диапазона, полученных на телескопах GALEX, "Spitzer" и "Herschel". Для оценки возраста и металличностей ОЗО использованы спектральные наблюдения на телескопе БТА (САО РАН). Впервые проведено сопоставление возраста ОЗО с параметрами их излучения в широком спектральном диапазоне, а также с физическими параметрами, определенными методом аппроксимации наблюдаемых спектров. Показано, что с возрастом потоки излучения на длинах волн 8 и 24 мкм, характеризующие, соответственно, излучение полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и горячих пылинок, падают, однако их отношение возрастает. Это означает, что с возрастом увеличивается относительный вклад ПАУ в общий ИК-поток. Сделано предположение, что обнаруженное возрастание отношения потоков на 8 и 24 мкм связано с увеличением относительной доли ПАУ в результате разрушения более крупных частиц.

Ключевые слова: межзвездная среда, пыль, область звездообразования.

DOI: 10.7868/S0320010814050064

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на относительно небольшую массовую долю (порядка 1%) пыль играет важную роль в эволюции галактик как в глобальном масштабе, так и в отдельных областях звездообразования (ОЗО). Она также является ценным диагностическим инструментом, поскольку значительная доля болометрической светимости галактик поздних типов генерируется (точнее, переизлучается) пылевыми частицами различных видов.

Среди компонентов межзвездной пыли в последнее время особое внимание привлекают так называемые макромолекулы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), предположительно ответственные за формирование неидентифицированных инфракрасных (ИК) полос (unidentified infared bands, UIB). Считается, что излучение ПАУ в ИК-диапазоне вызывается переизлучением поглощенных ультрафиолетовых (УФ) фотонов (Дрейн, Ли, 2007) и потому может служить индикатором темпа звездообразования (Кальцетти, 2011). Однако использование ПАУ

Электронный адрес: dwiebe@inasan.ru

в этом качестве затрудняется отсутствием необходимого понимания процессов их образования и разрушения. Ключевой проблемой является двоякая роль, которую в эволюции ПАУ играет УФ-излучение. Оно не только возбуждает в молекулах ПАУ переходы ИК-диапазона, но одновременно и разрушает эти молекулы. Поэтому зависимость интенсивности полос ПАУ от УФ-излучения может иметь немонотонный характер.

Одним из наиболее известных свойств ПАУ является зависимость их относительного содержания от металличности. Конкретно, параметр ^рди (PAH — polycyclic aromatic hydrocarbons), характеризующий долю ПАУ в полной массе пыли, уменьшается от нескольких процентов в галактиках солнечной металличности до долей процента в галактиках с содержанием кислорода 12 + + log(O/H) ниже 8.1 (Дрейн и др., 2007; Мадден и др., 2006; Хант и др., 2010; Энгельбрахт и др., 2005). В ряде работ (Гордон и др., 2008; Вибе и др., 2011; Храмцова и др., 2013) показано, что эта корреляция наблюдается не только для галактик в целом, но прослеживается также при рассмотрении индивидуальных ОЗО внутри галактик.

Детальное изучение ИК-излучения индивидуальных внегалактических ОЗО стало возможным благодаря космическим обсерваториям "Spitzer" и "Herschel". Угловое разрешение этих инструментов достаточно для исследования пространственного распределения излучения пылинок различных видов в комплексах звездообразования (хотя и недостаточно для исследования отдельных зон ионизованного водорода). Детальное картирование ИК-излучения, температуры пыли и массовой доли ПАУ (^pah) позволяет связать эти величины с другими локальными свойствами ОЗО, например с интенсивностью УФ-излучения и металличностью. Однако, несмотря на обилие наблюдательных данных, галактики низкой металличности до сих пор в этом отношении исследованы недостаточно.

В работе Храмцовой и др. (2013) по данным наблюдений на телескопах "Spitzer" и "Herschel" и литературным данным о металличности была исследована связь между содержанием кислорода 12 + log(O/H) и массовой долей ПАУ gPAH более чем в 200 внегалактических ОЗО. Было показано, что в ОЗО высокой металличности содержание ПАУ растет с содержанием кислорода, и сделан вывод, что корреляция содержания ПАУ с ме-талличностью, скорее всего, связана с их более эффективным разрушением в среде с пониженным содержанием тяжелых элементов. Однако данных оказалось недостаточно для детального анализа поведения ^pah в самых малометалличных ОЗО.

Настоящая работа посвящена детальному исследованию карликовой галактики Holmberg II (Ho II). Эта система включена в несколько крупных обзоров, например SINGS (Кенникат и др., 2003), THINGS (Уолтер и др., 2008), HERACLES (Лерой и др., 2009), KINGFISH (Кенникат и др., 2011), и потому детально картирована во многих спектральных диапазонах, от рентгеновского до радиодиапазона на длине волны 21 см. Для нее доступны как данные наблюдений "Spitzer" на длинах волн 8 и 24 мкм, так и более длинноволновые данные, полученные на обсерватории "Herschel" и позволяющие характеризовать не только содержание ПАУ, но и содержание более крупных пылинок.

Характерной особенностью распределения атомарного водорода в Ho II являются многочисленные "полости" и расширяющиеся гигантские сверхоболочки (ГСО). Пуше и др. (1992) обнаружили в галактике 51 ГСО с суммарной кинетической энергией порядка 1053 эрг. Несколько меньшее их количество (39) было выделено в работе Ба-гетакоса и др. (2011); в основном они совпадают с ГРСО из работы Пуше и др. (1992). Размеры оболочек варьируются от 0.26 до 2.11 кпк, что при скоростях расширения 7—20 км с-1 соответствует

кинематическому возрасту от 10 до 150 млн. лет (Багетакос и др., 2011).

Ранее считалось, что сверхоболочки обязаны своим происхождением действию звездного ветра и вспышек сверхновых в молодой звездной ассоциации. Однако поиск родительских ассоциаций в оболочках Ho II, предпринятый Вайсом и др. (2009) при помощи детальной многоцветной фотометрии по наблюдениям на Космическом телескопе им. Хаббла, не увенчался успехом. Точнее, внутри многих оболочек было найдено по несколько звездных групп разных возрастов. Вайс и др. (2009) пришли к выводу, что гигантские полости в распределении атомарного водорода порождены не одним звездным скоплением, а несколькими поколениями звезд, рождавшимися на протяжении сотен миллионов лет.

Таким образом, структура межзвездной среды в Ho II указывает, что на протяжении последних нескольких сотен миллионов лет в галактике происходило активное звездообразование. Ходж и др. (1994) выявили в галактике 82 области ионизованного водорода, сосредоточенных, главным образом, в направлениях наибольшей лучевой концентрации атомарного водорода и образующих несколько цепочек активных ОЗО, самые яркие из которых сконцентрированы в восточной цепочке. Другое исследование зон HII в галактике Ho II было предпринято Стюарт и др. (2000). Авторы этой работы оценили возраст 45 областей HII, разделив их на четыре возрастные группы. Большая часть областей попала в группы с возрастом менее 6.3 млн. лет. Это согласуется с другими оценками истории звездообразования в Ho II, согласно которым на протяжении последних нескольких миллионов лет темп звездообразования в галактике нарастает (Вайс и др., 2008). Это означает, что у нас есть возможность детально изучить эволюцию молодых ОЗО в галактике с низкой металличностью.

В настоящей работе мы исследуем пылевой компонент Ho II и сопоставляем его свойства с металличностью ионизованного газа, возрастом ОЗО и параметрами излучения в них. Использованы архивные данные наблюдений галактики Ho II на телескопах GALEX, "Spitzer" и "Herschel", а также результаты наблюдений Ho II на российском 6-м телескопе САО РАН.

ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ

Характерной особенностью галактики Ho II, отличающей ее, например, от Малого Магелланова Облака или галактики IC 10, является практически полное отсутствие протяженной эмиссии на длине волны 8 мкм. Предполагается, что излучение на 8 мкм генерируется, главным образом, в результате флуоресценции ионизованных молекул ПАУ,

70°45'

70°44'

70°43'

о 70°42' 0 0 2

С

_о Is

Q 70°45' 70°44' 70°43' 70°42'

Ha

HSK71-7:

HSK70 i

HSK67

HSK45 HSK2

HSK59

Ф* '^JS

' HSK61

(а)

HSK7

HSK15 HSK16-17 HSK20

30'' •_L_

70°45' 70°44' 70°43' 70°42'

~1-Г

FUV

(6)

HS

HSK59

73

HSK45 HSK25

«r â

HSK15

¿^TftSKr

HSK70

HSK67 HSK61

40s

20s 8h 19m 00s 8h 18m 40s

40s

20s 8h 19m 00s 8h 18m 40s

■ 1 -■ N г, "E-«- 8 |m * » , • 1 (в) ♦ V.

* »

- . * с. ■ ■ ; £

_

- 4® - Т - щ ^ТЖ JÉLI* •

: ; ®о • ■■. *i • V. ' ■ 1 . •,' л * '1 30' ■ ■ 1 ■

70°45' 70°44' 70°43' 70°42'

N

E

E

30

40s 20s 8h 19m 00s 8h 18m 40s 40s 20s 8h 19m 00s 8h 18m 40s

Right ascension, J2000

Рис. 1. Исследованные области звездообразования в галактике Ho II, идентифицированные согласно Ходжу и др. (1994): (а) — на изображении галактики в линии Ha из работы Кенниката и др. (2003); (б) — на изображении в фильтре FUV космического телескопа GALEX; (в), (г) — на изображениях в диапазонах 8 мкм (слева) космического телескопа "Spitzer" и 70 мкм (справа) космического телескопа "Herschel".

и потому можно сделать вывод, что в большей части объема галактики Но II отсутствуют либо молекулы ПАУ, либо УФ-излучение, необходимое для возбуждения соответствующих полос. Первый вариант кажется более вероятным, поскольку на снимках галактики, полученных на космическом телескопе САЬБХ, видно диффузное УФ-излучение. Кроме того, галактика не наблюдается ни в эмиссии СО (Лерой и др., 2009), ни в длинноволновом излучении пыли (Хантер и др., 1986), что говорит об отс

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