УДК 524.6-34
ПАРАМЕТРЫ ВРАЩЕНИЯ ГАЛАКТИКИ ПО ДАННЫМ О РАССЕЯННЫХ СКОПЛЕНИЯХ ЗВЕЗД
© 2007 г. В. В. Бобылев*, А. Т. Байкова, С. В. Лебедева
Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково
Поступила в редакцию 21.03.2007 г.
По современным данным о поле скоростей Vr ,Vl ,Vb рассеянных скоплений звезд произведен кинематический анализ различных выборок, отличающихся расстоянием от Солнца, возрастом, а также принадлежностью к отдельным структурным образованиям (рукава Ориона, Киля—Стрельца и Персея). По 375 скоплениям, расположенным в радиусе 5 кпк от Солнца с возрастом до 1 млрд. лет, определены параметры галактического вращения ш0 = —26.0 ± 0.3 км/с/кпк, = 4.18 ± 0.17 км/с/кпк2, и'0 = —0.45 ± 0.06 км/с/кпк3, параметр сжатия системы K = —2.4 ± 0.1 км/с/кпк, а также параметры кинематического центра R0 = 7.4 ± 0.3 кпк и l0 = 0 ± 1°. Установлено, что значение галактоцентриче-ского расстояния R0 в рамках использованной модели существенно зависит от возраста выборки. Так, для выборки молодых (<50 млн. лет) и старых (> 50 млн. лет) скоплений оно составляет 9.5 ± 0.7 кпк и 5.6 ± 0.3 кпк соответственно. При этом исследование кинематики молодых рассеянных скоплений звезд, входящих в различные рукава, показало, что в случае рукавов Киля—Стрельца и Персея наблюдается сходство, а в случае рукава Ориона существенное отличие кинематических параметров от параметров, полученных по всей выборке. Показано, что эффект сжатия характерен для звездных скоплений различного возраста, который наиболее сильно проявляется для скоплений со средним возрастом «100 млн. лет, при этом скорость сжатия составляет Kr = —4.3 ± 1.0 км/с.
Ключевые слова: Галактика (Млечный Путь), кинематика, рассеянные скопления звезд.
PARAMETERS OF GALACTIC ROTATION FROM DATA ON OPEN STAR CLUSTERS, by V. V. Bobylev, A. T. Bajkova, and S. V. Lebedeva. Currently available data on the field of velocities Vr,Vl ,Vb for open star clusters are used to perform a kinematic analysis of various samples that differ by heliocentric distance, age, and membership in isolated structures (the Orion, Carina—Sagittarius, and Perseus arms). Based on 375 clusters located within 5 kpc of the Sun with ages up to 1 Gyr, we have determined the Galactic rotation parameters = —26.0 ± 0.3 km s-1 kpc-1, ^0 = 4.18 ± ± 0.17 km s-1 kpc-2, = —0.45 ± 0.06 km s-1 kpc-3, the system contraction parameter K = —2.4 ± ± 0.1 km s-1 kpc-1, and the parameters of the kinematic center R0 = 7.4 ± 0.3 kpc and l0 = 0 ± 1°. The Galactocentric distance R0 in the model used has been found to depend significantly on the sample age. Thus, for example, it is 9.5 ± 0.7 and 5.6 ± 0.3 kpc for the samples of young (<50 Myr) and old (> 50 Myr) clusters, respectively. Our study of the kinematics of young open star clusters in various spiral arms has shown that the kinematic parameters are similar to the parameters obtained from the entire sample for the Carina-Sagittarius and Perseus arms and differ significantly from them for the Orion arm. The contraction effect is shown to be typical of open star clusters with various ages. It is most pronounced for clusters with a mean age of «100 Myr, with the contraction velocity being Kr = —4.3 ± 1.0 km s-1.
PACS numbers: 98.20.-d; 98.10.+z
Key words: Galaxy (Milky Way), kinematics, open star clusters.
ВВЕДЕНИЕ
Параметры галактического вращения неоднократно определялись многими авторами с исполь-
Электронный адрес: vbobylev@gao.spb.ru
зованием объектов, принадлежащих различным структурным составляющим Галактики: по ионизованному и нейтральному водороду (Фич и др., 1989; Меррифилд, 1992; Брандт, Блитц, 1993; Никифоров, 1999; Аведисова, 2005), по далеким
ОВ-ассоциациям звезд (Дамбис и др., 2001; Мельник и др., 2001), по рассеянным скоплениям звезд (Заболотских и др., 2002; Герасименко, 2004; Попова, Локтин, 20056).
Рассеянные скопления звезд (РСЗ) представляют большой интерес для изучения кинематики Галактики, так как они располагаются в широкой области солнечной окрестности и имеют надежные оценки расстояния и возраста.
Для кинематического анализа РСЗ часто используют данные только о лучевых скоростях Уг (Мишуров и др., 1997; Герасименко, 2004; Попова, Локтин, 2005б), поскольку случайные ошибки лучевых скоростей практически не зависят от расстояния, и, следовательно, можно использовать достаточно далекие объекты. Отметим также, что для далеких водородных облаков доступны данные только о лучевых скоростях (Фич и др., 1989; Аведисова, 2005).
Появление таких каталогов, как HIPPARCOS (1997) и Ту^о-2 (Хег и др., 2000), позволило достаточно точно определять средние значения собственных движений РСЗ (Бешенов, Локтин, 2004; Харченко и др., 2005б). В ряде работ были использованы совместно две проекции наблюдаемых скоростей Уг и У1 (Мишуров, Зенина, 1999; Дамбис и др., 2001) либо всех трех компонент скоростей Уг, У1 и Уь (Заболотских и др., 2002; Бобылев, 2004) к выборкам звезд, расположенных на расстояниях 3—4 кпк от Солнца. В настоящей работе мы также использовали все три компоненты наблюдаемых скоростей.
Одной из важных проблем является определение расстояния до центра вращения Галактики R0. Из анализа скоростей объектов значение этой величины оценивается косвенным образом в результате согласования принятой модели с наблюденными данными. Только лишь в последнее время выполнен ряд оценок этой величины прямым способом по объектам галактического ядра (Мак-намара и др., 2000; Эйзенхауэр и др., 2003). Сводку значений Ro, определенных в последнее десятилетие различными способами, можно найти в работе Аведисовой (2005), а обзор методов оценки R0 дан в работе Никифорова (2004).
Целью настоящей работы является определение параметров галактического вращения (ш0,ш'0,&о) и параметров кинематического центра (галакто-центрического расстояния R0 и направления 10) на основе современных данных о поле пространственных скоростей Уг, У1 и Уь, расстояниях и возрасте РСЗ, а также изучение кинематических особенностей различных выборок, отличающихся расстоянием от Солнца, возрастом и принадлежностью к отдельным рукавам.
ДАННЫЕ
В настоящее время в околосолнечной окрестности известно более 1700 РСЗ. Для целей нашей работы необходимы данные об их собственных движениях, лучевых скоростях и положениях. Основу нашего рабочего списка составляет каталог, включающий 652 РЗС (Харченко, 2001; Харченко и др., 2005а, 2005б; Пискунов и др., 2006). Достоинством этого каталога является однородность и высокая точность определения средних собственных движений скоплений, достигнутая благодаря использованию сводного каталога ASCC-2.5 (Харченко, 2001), скомпилированного из каталогов HIPPARCOS (1997), ТуЛо-2 (Хег и др., 2000) и ряда других источников. Для скоплений этого каталога имеются оценки возраста, сделанные путем сопоставления с изохро-нами. Оценки расстояний до скоплений основаны на результатах работы Локтина, Бешенова (2003), в которой выполнено согласование фотометрических оценок со шкалой расстояний каталога HIPPARCOS. Другие данные взяты нами из компиляции Диаса и др. (2002), а также базы данных WEBDA (http://obsww.unige.ch/webda/).
Для таких рассеянных скоплений, как ASCC 16, ASCC 18, Тг 10, мы используем уточненные нами (Бобылев, 2006) значения средних лучевых скоростей, что было сделано с использованием каталога OSACA (Бобылев и др., 2006а).
В итоге нами сформирована база данных о собственных движениях, лучевых скоростях и расстояниях 394 РСЗ. Они расположены в радиусе около 5 кпк от Солнца. Их возраст не превышает 1.5 млрд. лет. Для 270 (^70% выборки) скоплений имеются лучевые скорости с оценками случайных ошибок их определения. Для сравнения можно указать, что в работе Диаса, Лепина (2005) было использовано всего 212 РСЗ с известными собственными движениями и лучевыми скоростями, послужившими источником для кинематического анализа.
Для выделения скоплений, принадлежащих различным структурным образованиям (например, рукавам Ориона, Персея и Киля—Стрельца), мы используем разработанный нами вероятностный подход (Бобылев, Байкова, 2007), основанный на приближении двумерной плотности вероятностей XY-распределений рассматриваемых объектов набором отдельных гауссиан, представляющих собой плотности вероятностей распределений отдельных деталей.
МЕТОД
В настоящей работе используется прямоугольная галактическая система координат с осями, направленными от наблюдателя в сторону галактического центра (l = 0°, b = 0°, ось X), в направлении галактического вращения (l = 90°, b = 0°, ось Y) и в направлении северного полюса Галактики (b = = 90°, ось Z).
Для определения параметров галактического вращения обычно используются наиболее молодые объекты диска, которые лежат в плоскости Галактики. Это приводит к тому, что проекция наблюдаемых скоростей Vb, как правило, не рассматривается, а компонента солнечного движения wQ принимается известной (Дамбис и др., 2001; Герасименко, 2004). В то же время анализ относительно далеких объектов (Заболотских и др., 2002; Бобылев, 2004) показал, что включение в модель компоненты Wq и проекции Vb позволяет достаточно уверенно определить и их значения. Поэтому мы останавливаемся на этом более общем подходе. В специальном случае, когда скопления распределены в кольце (см. ниже: выборка Киля—Стрельца и Персея), мы используем фиксированное значение wq = 7.2 км/с (Денен, Бинни, 1998).
Применяемый в данной работе метод определения кинематических параметров заключается в минимизации квадратичного функционала F:
N
min F = ^ wí V - Vi)2 + (1)
i=1
NN
+ E w\W - Vi)2 + E wb(Vi - Vb)2 i=1 i=1 при условии выполнения следующих ограничений, полученных на основе формул Боттлингера (Огородников, 1965) с разложением в ряд угловой скорости галактического вращения до членов второго порядка малости относительно r/R0:
Vr = —uQ cos bcos(l — lo) — (2)
— vQ cos b sin(l — l0) —
— wq sin b — R0(R — R0) sin(l — l0) cos Ьш'0 — — 0.5R0(R — R0)2 sin(l — l0) cos bw0' + rK cos2 b,
Vi = uQ sin(l — l0) — vQ cos(l — l0) — (3)
— (R — R0)(R0 cos(l — l0) — r cos b)w0 —
— (R — R0)2(R0 cos(l — l0) — rcos b) x
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.