УДК 524.6-34
ОЦЕНКА УГЛА ЗАКРУТКИ СПИРАЛЬНОГО УЗОРА ГАЛАКТИКИ
© 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 04.05.2013 г.
Для оценки угла закрутки г спиральных рукавов Галактики использованы данные о галактических мазерах с известными тригонометрическими параллаксами. Эти мазеры связаны с очень молодыми объектами, расположенными в областях активного звездообразования. Применен известный метод анализа диаграммы "позиционный угол—логарифм расстояния". Оценки угла г, полученные по четырем отрезкам различных рукавов, принадлежащих глобальной структуре, неплохо согласуются между собой и близки к значению г = —13°. Наибольший интерес представляет отрезок Внешнего рукава. В нем расположены только три мазерных источника, но дополнительно привлечены данные о 12 очень молодых звездных скоплениях, расстояния до которых оценены Камарго и др. по инфракрасной фотометрии. С использованием такой комбинации данных найдено значение г = —13.3° ± 1.3°. Сопоставление этого значения с другими параметрами спиральной волны плотности, полученными из анализа кинематики мазеров, позволяет заключить, что в Галактике, вероятнее всего, реализуется модель четырехрукавного спирального узора.
Ключевые слова: структура Галактики, Внешний рукав, спиральные волны плотности, мазерные источники, рассеянные скопления звезд.
001: 10.7868/80320010813110016
ВВЕДЕНИЕ
На вопрос о количестве спиральных рукавов в Галактике до сих пор нет однозначного ответа. Как показывает анализ пространственного распределения молодых галактических объектов (молодых звезд, областей звездообразования, рассеянных скоплений звезд или водородных облаков), возможны двух-, трех- и четырехрукавный узоры (Руссейль, 2003; Вали, 2008; Хоу и др., 2009; Ефремов, 2011; Францис, Андерсон, 2012). Известны и более сложные модели. Например, кинематическая модель Лепинэ и др. (2001), в которой сочетаются двух- и четырехрукавный узоры в околосолнечной окрестности. Согласно Энгл-маеру и др. (2008), распределение нейтрального водорода в Галактике позволяет говорить о том, что во внутренней (Я < Я0) части Млечного Пути возможен двухрукавный узор, который во внешней (Я > Я0) части распадается на четырехрукавный. Отметим и спирально-кольцевую модель Галактики (Мельник, Раутиайнен, 2009), включающую два внешних кольца, вытянутых перпендикулярно и параллельно центральному галактическому бару,
Электронный адрес: vbobylev@gao.spb.ru
внутреннее кольцо, вытянутое параллельно бару, и два малых фрагмента спиральных рукавов. Наконец, возможность резонансов делает наблюдаемую картину в околосолнечной окрестности очень сложной (Юнкейра и др., 2013).
При кинематическом анализе обычно принимается наиболее простая модель двухрукавного спирального галактического узора (Бобылев др., 2008; Бобылев, Байкова, 2010, 2011). Более того, при спектральном анализе скоростей угол закрутки непосредственно не определяется, а вычисляется через определяемый параметр длины волны Л (Байковой, Бобылева, 2012). Поэтому прямой метод оценки угла закрутки представляет большой интерес.
Мы используем тригонометрические параллаксы примерно 70 галактических мазеров, полученные несколькими исследовательскими группами с помощью длительных радиоинтерферометрических наблюдений в рамках различных проектов (Рид и др., 2009a; Брунталер и др., 2011). Кроме того, во Внешнем спиральном рукаве недавно обнаружены (Камарго и др., 2013) 12 очень молодых звездных скоплений, расстояния и возраст которых с высокой точностью оценены по инфракрасной
фотометрии. Это позволяет существенно увеличить статистику во Внешнем рукаве при определении угла закрутки.
Целью настоящей работы является определение параметров спиральной структуры Галактики по пространственному распределению объектов (в основном мазерных источников, а также молодых скоплений во Внешнем рукаве), распределенных в широком диапазоне галактоцентрических расстояний и позиционных углов. Мы применяем диаграмму "позиционный угол—логарифм расстояния", что позволяет напрямую оценить угол закрутки г.
МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ Уравнение логарифмической спирали можно записать в следующем виде:
R = a0e(
(1)
где а0 — произвольная константа (иногда бывает удобно положить ее равной радиусу центрального бара), в — позиционный угол звезды (измеряется по направлению галактического вращения): tg в = у/(К0 — х), где х, у — галактические гелиоцентрические прямоугольные координаты объекта, угол закрутки г (г < 0 для закручивающихся спиралей) связан с другими параметрами спирального узора известным соотношением
тЛ
где т — количество спиральных рукавов, Л — расстояние (по галактоцентрическому радиальному направлению) между соседними отрезками спиральных рукавов в околосолнечной окрестности (длина спиральной волны), К0 — галактоцентриче-ское расстояние Солнца, значение которого мы принимаем К0 = 8 кпк. Радиальная фаза волны % имеет вид
% = г 1п(К/Ко) — (в — во)] + Хо, (3)
где %о — радиальная фаза Солнца в спиральной волне, этот угол мы отсчитываем от центра спирального рукава Киля—Стрельца (К & 7 кпк).
Положив в формуле (1)
ао = Ко, получаем возможность оценить значение угла г по формуле
1п(К/Ко)
tg i =
в — во
(4)
где в0 = 0° для Солнца. Для этого строится диаграмма "позиционный угол—логарифм расстояния", на которой положения спиральных рукавов логарифмической спирали представляются отрезками прямых линий. Такой метод широко используется для изучения спиральной структуры Галактики с использованием различных данных (Попова, Локтин, 2005; Ксю и др., 2013). Достоинство этого подхода заключается в том, что оценка угла г не зависит от количества спиральных рукавов т.
ДАННЫЕ
Мы используем значения координат и тригонометрических параллаксов мазерных источников, которые измерены РСДБ-методом с ошибкой, в среднем меньшей 10%. Эти мазеры связаны с очень молодыми объектами (это протозвезды в основном большой массы, но есть и маломассивные, известен также ряд массивных сверхгигантов), расположенными в областях активного звездообразования.
Одним из таких наблюдательных проектов является японский проект VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) по наблюдению 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). Наблюдения мазеров ведутся и в рамках Европейской РСДБ-сети, которая сейчас включает и 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 54 мазерах с измеренными тригонометрическими параллаксами приведена в работах Байковой, Бобылева (2012) и Степани-щева, Бобылева (2013). Были опубликованы еще несколько работ с новыми результатами измерений:
1) работа Ву и др. (2012), посвященная области звездообразования RCW122 (G348.70—1.04), это очень важный источник, который существенно расширяет диапазон позиционных углов при вычислении угла закрутки (на рис. 1 он принадлежит рукаву I, и имеет следующие координаты: ln(R/Ro) = = —0.52 и в = —0.14 рад);
2) работа Имаи и др. (2012), посвященная источнику IRAS 22480+6002, связанному с массивным сверхгигантом спектрального класса K из рукава Персея;
3) работа Сакаи и др. (2012), посвященная источнику IRAS 05168+3634 из рукава Персея;
4) работа Ксю и др. (2013), посвященная изучению особенностей местного спирального рукава (Ориона) с использованием данных о 30 мазерных источниках;
5) работа Иммера и др. (2013) с результатами измерения параллаксов ряда мазеров в областях звездообразования W33 и G012.88+048.
Мы использовали координаты и расстояния 12 очень молодых звездных скоплений, расстояния и возраст которых (в основном около 2 млн. лет, а наибольший возраст составляет 10 млн. лет) с высокой точностью оценены в работе Камарго и
ln(R/Ro)
Рис. 1. Диаграмма "позиционный угол—логарифм расстояния", пунктирными линиями отмечено положение Солнца, римскими цифрами (I—IV) отмечены спиральные рукава, по которым осуществлялся поиск угла закрутки, мазеры отмечены черными точками, молодые РСЗ во Внешнем спиральном рукаве (IV) показаны серыми квадратами.
др. (2013) по инфракрасной фотометрии каталога 2MASS. Эти объекты называются скоплениями, погруженными в туманность, т.е. в их направлении имеется большое поглощение, поэтому в оптике они не были известны. Фактически это только что возникшие звездные ассоциации и скопления, где газ еще не выметен взрывами сверхновых, т.к. массивные звезды еще не проэволюционировали. Как показано в работе Камарго и др. (2013), все они содержат большое количество звезд типа T Тельца. Все эти скопления (CBB10, CBB11, CBB12, CBB14, CBB15, FSR486, FSR831, FSR843, FSR851, FSR909, FSR1099 и NGC1624) расположены во Внешнем спиральном рукаве.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 приведена диаграмма "позиционный угол—логарифм расстояния". Параметры линий, указанных на рисунке, найдены методом наименьших квадратов с весами, обратно пропорциональными квадрату ошибки расстояния, количество использованных точек (п*) приведено в таблице. Видно, что оценки угла г, полученные по четырем отрезкам различных рукавов, принадлежащих глобальной структуре Галактики, неплохо согласуются между собой. Среднее значение, вычисленное по четырем значениям из таблицы, составляет г = = -12.6°.
При подготовке рис. 1 мы визуально выделяли возможные рукава. К рукаву I мы отнесли
следующие мазеры: G23.43-0.20, G23.01-0.41, G27.36—0.16 и RCW 122; к рукаву II: G14.33— -0.64, G35.20—0.74, IRAS 19213+1723, W 51, G5.89—0.39, G48.61+0.02 и MSXDC G034.43+ +0.24; к рукаву III: IRAS 00420+5530, NGC 281-W, S Per, W3-OH, S252A IRAS 06058+2138, IRAS 06061+2151, S255, AFGL 2789, NGC 7538, G192.16—3.84, IRAS 5168+3634, PZ Cas и IRAS 22480+6002; к рукаву IV: WB89—437, S269 (G196.
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.