УДК 524.7-13-75/76-856-3520-827
СВОЙСТВА ДИСКОВ ГАЛАКТИК В ОПТИЧЕСКОМ И БЛИЖНЕМ ИК-ДИАПАЗОНАХ
© 2007 г. А. С. Гусев
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, МГУ им. М.В. Ломоносова,
Москва, Россия Поступила в редакцию 10.04.2006 г.; после доработки 07.07.2006 г.
Проведен анализ параметров (радиальной шкалы, центральной поверхностной яркости и цвета) дисков 400 галактик различных типов. Значения шкалы падения яркости и центральной яркости дисков были получены для 9 галактик с использованием двухмерной декомпозиции фотометрических изображений на балдж и диск в полосах UBVRIJHK. Для 392 галактик использовались значения параметров дисков, взятые из литературных источников. Значения основных параметров диска — центральной поверхностной яркости / i и линейной шкалы падения яркости h — лежат в достаточно узком диапазоне, плавно меняясь вдоль хаббловской последовательности галактик. Для дисков галактик более ранних типов характерны более высокие значения центральной поверхностной яркости в K-полосе, центральной поверхностной плотности, отношения массы к светимости M/L(B) в центре, меньшие размеры (относительно диаметра галактики D25), более красные интегральные цвета и цвет в центре. Градиент цвета, нормированный на значение радиуса галактики, и "голубая" центральная поверхностная яркость i(B) диска не зависят от типа галактики. Значения радиальных шкал дисков, измеренных в различных фотометрических полосах, отличаются друг от друга меньше в галактиках ранних типов, чем в галактиках поздних типов. Наблюдается корреляция между центральной поверхностной яркостью дисков и общей светимостью галактики. Рассмотрено влияние пыли на фотометрические параметры дисков.
PACS numbers: 98.52.Nr, 98.62.Hr, 98.62.Js, 95.75.De, 98.62.Lv
1. ВВЕДЕНИЕ
Знание фотометрических параметров дисковых компонент галактик является необходимым для изучения динамики и эволюции галактик, проблемы скрытой массы, распределения пыли в галактиках. В классическом случае тонкого экспоненциального диска (I = I0 exp(-r/h) или ß = + + 1.086(r/h), где I(r) = -2.51g ß(r)+C - радиальный профиль яркости), для каждой фотометрической полосы диск описывается двумя параметрами: шкалой падения яркости h и центральной поверхностной яркостью Различные комбинации фотометрических параметров позволяют определить градиент цвета вдоль радиуса (зависящий от возраста и химического состава звездного населения диска и распределения пыли), оценить распределение звездной массы и центральной поверхностной плотности диска.
Несмотря на достаточное количество работ, в которых анализировались свойства галактических дисков (обзор работ приведен ниже), они обладают рядом недостатков. Как правило, в работах либо исследовались галактики с узко определенными
свойствами (например, только Sb-галактики [1], Е—S0-галактики [2], галактики, наблюдаемые в положении "плашмя" [3], сильно наклоненные галактики [4]), либо декомпозиция проводилась в малом количестве фотометрических полос (как правило, — одной). Лишь в работе [3] была проведена шестицветная BVRJHК-фотометрия. В двух работах проводилась пятицветная фотометрия (BVRIJK в [4] и UBVRI в [5]). Это существенно снижает возможности анализа фотометрических параметров диска (например, отсутствие данных ИК-фотометрии не позволяет выделить влияние пыли на фотометрические свойства диска). Следует также отметить, что в большинстве работ проводилась одномерная декомпозиция излучения по радиальным профилям галактик. В ряде случаев одномерная декомпозиция может приводить к некорректному определению параметров диска и балджа [6].
Изучение фотометрических свойств дисков в оптическом и ИК-диапазонах позволяет помочь в решении ряда важных задач как фундаментального, так и прикладного характера. К фундаментальным задачам физики галактик относится вопрос
об образовании и эволюции дисков S0-галактик. Обсуждается несколько возможных механизмов быстрого исчерпания газа в линзовидных галактиках и, как следствие, отсутствие спиральных ветвей и заметного звездообразования. Рассматривая фотометрические свойства дисков спиральных и S0-галактик ("очищенных" от излучения балджа в линзовидных и излучения от спиральных ветвей в спиральных галактиках), мы можем определить их различия.
Важной проблемой прикладного характера является задача получения распределения массы в галактиках в целом и в их дисках. Эта задача решается сейчас с помощью двухмерных спектроскопических наблюдений. Существуют, однако, две проблемы. Первая связана с тем, что подобные наблюдения требуют больших телескопов и специальной приемной аппаратуры. Вторая проблема касается декомпозиции распределения массы на сферическую и "плоскую" составляющие. Для этого нам необходимо знать распределение излучения в диске и балдже соответствующей галактики. В общем случае, поверхностная плотность пропорциональна поверхностной яркости старого звездного населения, исправленной за поглощение, вызванное пылью. В первом приближении считается, что распределение массы соответствует распределению излучения в полосе К. Однако наблюдения в ИК-диапазоне гораздо более сложны (и менее распространены) в настоящий момент, чем наблюдения в полосах В, V, R и I. Данные каталога 2MASS (7ЯК-фотометрия) не позволяют, к сожалению, исследовать слабые внешние области галактик. Мы попытались определить, как распределение излучения (шкала диска) в оптических полосах связана с распределением излучения в ИК-области.
В данной работе, используя выборку из 401 галактики различных морфологических типов с широким диапазоном значений наклона диска и све-тимостей галактик, мы рассмотрели зависимость фотометрических параметров дисков от морфологического типа галактики, изменение показателей цвета диска вдоль радиуса, влияние пыли на фотометрические параметры дисков, зависимость наблюдаемых значений шкалы падения яркости от наклона диска, провели оценку значений поверхностной плотности и отношения масса/светимость для диска в центре галактики.
Авторами одной из первых работ, где рассматривались значения шкал падения яркости диска в более чем одном фильтре, были Элмегрин и Элме-грин [7]. Они провели одномерную декомпозицию и исследовали 34 слабо наклоненные спиральные (Sb—Sd) галактики без бара в полосах В и I, обнаружив, что среднее отношение шкал дисков В )/К1)) = 1.16.
Пелетье и др. [8] изучили свойства дисков 37 галактик типа Sb—Sd различного наклона, используя одномерную декомпозицию на балдж и диск излучения галактик в фильтрах В, R и К. Отношение шкал дисков ^В)/^К), полученное в их работе, составило в среднем 1.32 (диапазон значений — от 1 до 2), повышаясь с увеличением эллиптичности изофот (наклона) диска. Для S0-галактик значение ^(В)/Л,(1)) = 1.04 ± 0.05 [9], что существенно ниже отношения Л,(В)/^1) для спиральных галактик [8]. Согласно [8], наблюдается зависимость между центральной поверхностной яркостью диска в К и показателем цвета В — К в центре диска: более яркие центральные области являются более красными. Как следствие этого, авторы [8] полагают, что центры дисков в галактиках являются оптически толстыми в В-полосе, но оптически тонкими в К-полосе. По оценке [8], изменение состава звездного населения (его возраста и металлично-сти) вдоль радиуса диска при отсутствии влияния пыли давало бы значение Л,(В)/^К) & 1.1—1.2.
Куноу [ 1] исследовала, применяя одномерную декомпозицию, 14 Sb-галактик различного наклона в полосах BVRI с целью определения влияния пыли на фотометрические параметры дисков. Согласно [1], отношение шкал дисков в различных фильтрах растет с увеличением эллиптичности изофот е (е = 1 — Ь/а): величины Л,(В)/Л,(1), h(V)/^1) и h(R)/h(I) растут от 1.0 для дисков с е = 0 до соответственно 1.8, 1.5 и 1.3 для дисков с е> 0.8. Это, по мнению автора [1], говорит об определяющей роли пыли (по сравнению с возрастом и химическим составом звездного населения) на отношение шкал падения яркости дисков в различных фотометрических полосах.
Расширив выборку до 60 Sa—Sbc-галактик (из которых 28 обладают признаками ядерной активности), Куноу [10] обнаружила отличие зависимостей Ь(В)/^1), h(V)/Ц1) и от эллиптичности е для активных и нормальных галактик. В активных галактиках отношение шкал падения яркости дисков ЦВ)/Ц1), h(V)/Ц1) и ) равны 1.0 независимо от наклона галактики. Для нормальных галактик были подтверждены данные, полученные в [1]. Согласно [10], для нормальных галактик средние значения (^В)/^1)) = 1.30 ± ± 0.04, ^)/Ц1)) = 1.14 ± 0.03 и (ЦЕ)/Ц1)) = = 1.10 ± 0.02. Модельный анализ влияния пыли на фотометрические свойства дисков показал, что оптическая толща пыли в центре галактики т0(В) = = 3т ± 2т для нормальных галактик и т0(В) = = 0т ± 2т для активных галактик, а отношение шкалы падения поверхностной плотности пыли к шкале падения яркости диска в В составляет ^/Л,(I) = 0.96 как для нормальных, так и для
активных галактик. Изучение зависимости параметра ^В)/^Г) от абсолютной звездной величины галактики М(В) и линейного значения шкалы падения диска ^I) показало, что отношение ^В)/^Г) не зависит от М(В), однако, для нормальных галактик наблюдается слабая корреляция: ^В)/^Г) & ^Г)/20 + 1, где ^I) измеряется в кпк.
Отметим, что авторы [11], исследовавшие 27 галактик в дальнем ИК-диапазоне (50 мкм и 100 мкм), также получили, что центры галактик являются оптически толстыми в В: т0(В) = 4. "Теплая" и "холодная" пыль распределены в галактиках по-разному: Л,(100 мкм)/Л,(50 мкм) = 1.21, причем ЦВ)/Ц100 мкм) = 1.12 и ЦВ)/Ц50 мкм) = = 1.36.
Исследованию сейфертовских галактик была посвящена работа [12], в которой изучались свойства 27 сейфертовскких галактик различного наклона. Параметры дисков были получены на основе VRI-фотометрии с использованием одномерной декомпозиции излучения галактик. Было обнаружено, что центральная поверхностная яркость диска уменьшается с увеличением его размеров. Согласно [12], ^)/Н(Г)) = 1.25 и ^Щ^(Г)) = = 1.13. Это противоречит данным [10] для галактик с ядерной активностью.
Авторы [13] изучили 172 галактики небольшого наклона всех морфологических типов в фильтрах В,
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.