УДК 524.77
ПУСТОТЫ В ОБЗОРЕ ГАЛАКТИК SDSS
© 2007 г. А. В. Тихонов*
Санкт-Петербургский государственный университет Поступила в редакцию 20.02.2007 г.
С помощью метода поиска пустот произвольной формы в распределении ограниченных по объему выборок галактик обзора DR5 SDSS выделялись пустоты и исследовались их характеристики, а также изменение этих характеристик с уменьшением Мцт (от —19.7 до —21.2, H0 = 100 км/с/Мпк) — ограничения сверху на абсолютную величину галактик, участвующих в построении пустот. Суммарный объем 50 наибольших пустот растет с убыванием Miim с изломом вблизи M* = —20.44 — характерного значения функции светимости галактик SDSS. Рост среднего контраста плотности в пустотах с уменьшением Miim также происходит со слабым изломом в области M*. Наблюдается значительный рост степенного показателя зависимости объема пустоты от ее ранга в характерном диапазоне объемов при убывании Мцт, начиная с Мцт ~ —20.4, что отражает тенденцию к большему скучиванию более ярких галактик. Усредненный профиль контраста плотности галактик в пустотах имеет схожий характер почти при всех значениях Miim. Галактики в основном тяготеют к границам пустот и избегают центральных областей пустот, в промежуточном интервале расстояний от границ пустот профиль контраста довольно плоский. Соотношения между осями эквивалентных пустотам эллипсоидов в среднем сохраняются при изменении Мцт и соответствуют вытянутым и несплюснутым формам пустот, однако отдельные пустоты могут менять форму значительно. Направления наибольших вытянутостей пустот меняются хаотично и при данном Miim распределены случайно. Центры пустот показывают корреляции, отражающие корреляции распределения галактик на масштабах (35—'70)h-1 Мпк. В выделяемых пустотах галактики распределены неслучайно — можно выделить группы и филаменты. Проводилось сравнение свойств галактик попадающих в пустоты (в данном случае пустоты определялись галактиками с абсолютными величинами Mabs < Mjjm = —20.44, за исключением достаточно изолированных галактик) и галактик в структурах, выделенных с помощью минимального охватывающего дерева. Получено бимодальное распределение галактик в пустотах по цветам. Заметное отличие наблюдается в средних показателях цвета и темпов звездообразования галактик на единицу звездной массы в плотных областях (структурах) — галактики в пустотах ожидаемо в среднем более голубые и имеющие более высокие значения lg(SFR/Mstar). Эти тенденции усиливаются к центральным областям пустот.
Ключевые слова: галактики, пустоты, крупномасштабная структура.
VOIDS IN THE SDSS GALAXY SURVEY, by A. V. Tikhonov. Using the method of searching for arbitrary shaped voids in the distribution of volume-limited samples of galaxies from the DR5 SDSS survey, we have identified voids and investigated their characteristics and the change in these characteristics with decreasing Mlim (from —19.7 to —21.2, H0 = 100 km s-1 Mpc-1) — the upper limit on the absolute magnitude of the galaxies involved in the construction of voids. The total volume of the 50 largest voids increases with decreasing Mlim with a break near M* = —20.44 — the characteristic value of the luminosity function for SDSS galaxies. The mean density contrast in voids increases with decreasing Mlim also with a weak break near M*. The exponent of the dependence of the volume of a void on its rank increases significantly with decreasing Mlim starting from Mlim ~ —20.4 in the characteristic range of volumes, which reflects the tendency for greater clustering of brighter galaxies. The averaged profile of the galaxy density contrast in voids has a similar pattern almost at all Mlim. The galaxies mostly tend to gravitate toward the void boundaries and to avoid the central void regions; the density contrast profile is flat in the intermediate range of distances from the void boundaries. The axial ratios of the ellipsoids equivalent to the voids are, on average, retained with changing Mlim and correspond to elongated and nonoblate shapes, but some of the voids can change their shape significantly. The directions of the greatest void elongations change chaotically and are distributed randomly at a
Электронный адрес: ti@hotbox.ru, avt@gtn.ru
given Mlim. The void centers show correlations reflecting the correlations of the galaxy distribution on scales (35—'70)h-1 Mpc. The galaxy distribution in the identified voids is nonrandom — groups and filaments can be identified. We have compared the properties of galaxies in voids (in our case, the voids are determined by the galaxies with absolute magnitudes Mabs < Mlim = -20.44, except for the isolated galaxies) and galaxies in structures identified using the minimum spanning tree. A bimodal color distribution of the galaxies in voids has been obtained. A noticeable difference is observed in the mean color indices and star formation rates per unit stellar mass of the galaxies in dense regions (structures) — as expected, the galaxies in voids are, on average, bluer and have higher log(SFR/Mstar). These trends become stronger toward the central void regions.
PAC S numbers: 98.65.Dx
Key words: galaxies, voids, large-scale structure.
ВВЕДЕНИЕ
Распределение галактик представляет собой сложную "космическую сеть". Стены, волокна и пустоты, наблюдаемые в современную эпоху, отражают как линейный, так и нелинейный режимы эволюции скучивания. Характер наблюдаемого скучивания до 20—25h-1 Мпк описывается, например, степенным законом со сложной зависимостью степенного показателя от светимости, цвета и других свойств галактик с последующим переходом к неоднородному распределению, причем структуры прослеживаются на масштабах, превышающих масштаб однородности (Тихонов, 2006а,б). Природа такого скучивания зависит от многих мелко- и крупномасштабных факторов, таких как космологические параметры, окружение галактик и скоплений, история их образования, распределение темной материи, сценарий, согласно которому связаны и эволюционируют светящаяся и темная материи.
Уже довольно давно характеристики пустот рассматриваются как тесты космологических моделей. Ригос и Геллер (1991) обнаружили, что в рамках их модели образования структур определенные начальные условия приводят к формированию "ячеистой" структуры с пустотами, похожими на наблюдаемые в обзорах галактик. Пустоты являются образующим компонентом крупномасштабной структуры. В последнее время различными авторами подробно рассматривались как наблюдательные, так и теоретические аспекты существования и эволюции пустот, обнаруживаемых как в каталогах галактик, так и в распределениях гало темной материи, полученных в рамках ЛCDM-модельных расчетов задачи N тел Хойл, Вогели (2004); Готтлобер и др. (2003); Шандарин и др. (2004); Кротон и др. (2004); Бэнсон и др. (2003); Колберг и др. (2005); Патири и др. (2006б). Статистики пустот тесно связаны с методами расчетов скучивания галактик, например, VPF (Void Probability Function) предоставляет информацию о корреляционных функциях высоких порядков (Кротон и др., 2004).
Одной из важных проблем современной теории образования структур является то, что в соответствии с ЛCDM-моделью эволюции структур темной материи с учетом Л-члена, обусловленного существованием "темной энергии", довольного много материи должно присутствовать в пустотах, в то время как предполагаемого количества галактик в пустотах не наблюдается (Пиблс, 2001).
Шес и ван де Вейгарт (2004) разработали модель распределения размеров пустот и их эволюции в рамках сценария иерархического скучивания. Фурланетто и Пиран (2006) разработали аналитическую модель, предсказывающую форму распределения размеров пустот. В частности, они получили, что вследствие так называемого эффекта "байеса" пустоты в распределении галактик существенно больше, чем в распределении темной материи.
Вместе со спектром размеров пустот интерес представляют их формы. Ике (1984) на основе численных расчетов сделал заключение, что пустоты между филаментами в большинстве случаев должны обладать формой, близкой к сферической. Плионис и Басилакос (2002) исследовали распределение размеров и форм пустот в обзоре PSCz и сравнивали их с искусствеными распределениями, полученными в рамках различных CDM-моделей. Шандарин и др. (2004) нашли, в частности, что их большие пустоты, определенные как области, имеющие плотность, меньшую данного значения в сглаженном поле плотности распределения темной материи, существенно несферичны.
Патири и др. (2006а) обнаружили, что распределение галактик, попадающих в пустоты в распределении галактик обзора 2dFGRS, значительно отличается от случайного.
Считается установленным, что галактики в пустотах по сравнению с общим распределением имеют более голубые цвета, меньшую светимость и большую скорость звездообразования. Кроме того, среди галактик в пустотах наблюдается большее содержание дисковых галактик (Пиблс, 2001, см. также Патири и др., 2006б). Ройас и др. (2004,
2005) подтвердили эти тенденции, исследуя фотометрические и спектральные свойства галактик в пустотах. Хогг и др. (2004) рассматривали зависимость распределения цветов и светимостей галактик от контраста плотности и получили, что, с одной стороны, самые яркие галактики населяют самые плотные области, а голубые галактики присутствуют в основном в областях пониженной плотности, а с другой — средние характкристики распределений абсолютных величин и цветов меняются довольно слабо с контрастом плотности. Балдри и др. (2004) по галактикам обзора SDSS показали, что распределение цветов галактик является бимодальным и хорошо описывается двумя гауссианами, они получили аппроксимацию соотношения цвет (и — r) — абсолютная величина, а также сравнили функции светимости красных и голубых галактик. Хойл и др. (2005) обнаружили существенные различия в функциях светимости галактик в пустотах и плотных областях.
В работе Патири и др. (2006б), которая посвящена пустотам в обзоре DR4 SDSS, не было найдено значимых отличий средних характеристик галактик в поле и в пустотах. В настоящей работе был применен другой по
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.