УДК 524.7-34-42-54
ЗВЕЗДНОЕ НАСЕЛЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ГАЛАКТИК
ГРУППЫ NGC 80
© 2008 г. О. К. Сильченко1, В. Л. Афанасьев2
1 Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия 2Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, Нижний Архыз
Карачаево-Черкесской Республики, Россия Поступила в редакцию 25.12.2007 г.; принята в печать 18.04.2008 г.
Семь галактик ранних типов — членов массивной рентгеновской группы галактик NGC 80 — исследованы методом двумерной спектроскопии на 6-м телескопе САО РАН. Искались признаки синхронной секулярной эволюции галактик в группе. У 5 из 7 исследованных галактик балджи оказались старыми, со средним возрастом звезд от 10 до 15 млрд. лет. В небольшой Sü-галактике IC 1548 наблюдаются признаки относительно недавней вспышки звездообразования: средний возраст балджа — 3 млрд. лет, ядра — 1.5 млрд. лет. В этой же галактике обнаружено околоядерное полярное кольцо газа, в более внешних областях плавно переходящее в контрвращающийся по отношению к звездам газовый диск. Вероятно, галактика IC 1548 пережила тесное взаимодействие, приведшее к перетеканию газа со спиральной галактики на линзовидную; это же взаимодействие могло спровоцировать и центральную вспышку звездообразования. В гигантской Е0-галактике NGC 83 наблюдается компактный массивный звездно-газовый диск радиусом около 2 кпк с очень быстрым вращением, в котором и сейчас продолжается звездообразование; скорее всего, тут имел место так называемый "малый мержинг". Сделан общий вывод о том, что группа NGC 80 находится в процессе формирования, причем малая подгруппа NGC 83 "падает" на большую старую подгруппу NGC 80.
PACS: 98.52.Nr, 98.62.Ai, 98.62.Lv, 98.65.At
1. ВВЕДЕНИЕ
Эволюция галактик происходит под действием различных факторов, которые можно разделить на внешние и внутренние. Внутренние факторы определяются собственными свойствами галактики, массой и моментом вращения прежде всего, и включают разного рода динамические неустойчивости. Внешние факторы связаны с окружением галактики — другими галактиками, межгалактической средой — и могут быть как гравитационными, так и гидродинамическими. Группы галактик — самое лучшее место для проявления внешних механизмов эволюции. Во многих из них обнаружено рентгеновское горячее газовое гало — общая для всей группы межгалактическая среда, которая может "обдирать" собственные газовые резервуары спиральных галактик и превращать их в галактики линзовидные. Для гравитационных взаимодействий гарантировано есть соседи, и часто можно однозначно отождествить, с чем именно взаимодействует данная галактика. Кроме того, дисперсии скоростей галактик в группах невелики, порядка собственных внутренних движений звезд в центрах галактик, и это облегчает развитие прилив-
ных эффектов. Численные расчеты взаимодействия галактик показывают, что приливное воздействие извне стимулирует развитие неосесимметричных структур в центре галактики, нарушает круговой характер вращения газа и звезд, приводит к радиальному перераспределению вещества в диске. Сейчас считается, что целый класс балджей галактик, а именно, балджи с экспоненциальными профилями яркости, мог сформироваться относительно недавно в ходе "секулярной эволюции" (см. обзор [1]) — например, из-за стекания газа в центр галактики под действием неосесимметричного потенциала с последующим звездообразованием в центральном килопарсеке.
Если в сходных условиях в центре группы находятся несколько галактик, взаимодействующих друг с другом, кажется вероятным, что перестройка глобальной структуры и формирование центральных звездных компонент в них будет синхронизовано, т.е. средний возраст звездного населения в центрах галактик будет один и тот же, а геометрия его распределения — подобной. Обнаружение синхронизации эволюции центральных областей галактик в группах могло бы быть су-
щественным аргументом в пользу доминирующей роли внешних воздействий, а отсутствие таковой, наоборот, должно привлечь внимание к различиям внутренних условий эволюции галактик. В ходе наших предыдущих наблюдений с мультизрачко-вым спектрографом (MPFS) 6-м телескопа нам удалось исследовать по 2—3 центральные галактики в 5 близких группах. В Leo I [2] и в группах NGC 5576 [3] и NGC 3169 [4] свойства звездного населения околоядерных дисков галактик оказались одинаковыми — они сформировались относительно недавно, 1 —3 млрд. лет назад, несмотря на ранний тип родительских галактик, а в группе Leo I они еще и одинаково ориентированы в пространстве. В триплете Leo, наоборот, возраст звездного населения и кинематика газа в центрах NGC 3623 и NGC 3627 существенно различаются [5], и мы делаем вывод о том, что галактики триплета "встретились" недавно, не ранее 1 млрд. лет назад. В группе Leo II, в которой единственной из 5 исследованных нами групп было известно рентгеновское гало, у двух центральных галактик околоядерные кинематически выделенные звездные структуры оказались старыми, и они имеют разные возрасты формирования — 6 и 10 млрд. лет [6]. В данной статье будут представлены результаты исследования звездного населения в галактиках еще одной массивной группы с рентгеновским газом — группы NGC 80.
Группа галактик вокруг гигантской линзовидной галактики NGC 80 — довольно богатая и массивная. В своем каталоге групп галактик авторы [7] упоминают 13 галактик — членов группы в пределах 2m от ярчайшей галактики, в работе [8] авторы насчитали всего 21 галактику в группе, а в [9] — даже 45. Авторы [10] оценили рентгеновскую светимость группы как lg Lx = 42.56 ± 0.09, где Lx выражена в единицах эрг/с; это весьма высокая рентгеновская светимость для группы. Центр распределения поверхностной яркости источника рентгеновского излучения приходится практически на NGC 80 — ярчайшую галактику в группе; похоже, она является и динамическим центром группы. Дисперсия скоростей галактик в группе, согласно [9], составляет 336 км/с, а системная скорость группы — 5771 ± 48 км/с; в работе [8] отбраковываются несколько ложных членов группы (галактик фона) и после этого даются оценки соответственно 246 и 5663 ± 51 км/с. Центральная галактика группы — NGC 80 — является линзовид-ной; ее системная скорость (5698 км/с), как и положено, близка к системной скорости группы. А вот совсем рядом с NGC 80 находится гигантская эллиптическая галактика NGC 83, по светимости точно такая же, как и NGC 80; ее системная скорость, однако, более чем на 500 км/с превышает лучевую скорость NGC 80, а также она больше и
всех остальных измеренных лучевых скоростей галактик в группе. Другим заметным членом группы является ярчайшая спиральная галактика NGC 93. Для нее в [11] были получены данные о линии 21 см нейтрального водорода и было установлено, что галактика — массивная (скорость вращения 317 км/с) и "анемичная", т.е. очень красная и с пониженным отношением M(HI)/L^ (в точности, как массивные спиральные галактики скопления Virgo). Причиной "анемии" спиральных галактик в скоплениях считается воздействие горячей межгалактической среды — вероятнее всего, выметание собственного нейтрального водорода галактик лобовым давлением окружающего горячего газа. Поскольку группа NGC 80 богата рентгеновским газом, NGC 93 могла подвергнуться точно такому же воздействию.
Мы исследовали методом панорамной спектроскопии звездное население и кинематику центральных областей ярчайших галактик группы NGC 80, NGC 83, NGC 93, а также эллиптической галактики NGC 79 и линзовидных галактик NGC 86, IC 1541 и IC 1548. Карта-схема группы приведена на рис. 1, где подписаны исследованные галактики, а их глобальные характеристики из баз данных NED и HYPERLEDA даны в табл. 1.
2. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Центральные области всех галактик (16" х 16") наблюдались с мультизрачковым волоконным спектрографом (MPFS) в первичном фокусе 6-м телескопа САО РАН (описание прибора см. в [12]) в сине-зеленом диапазоне спектра 4150—5650 А с обратной дисперсией 0.75 А/пикс. (спектральное разрешение около 3 А). Приемником служила ПЗС-матрица формата 2048 х 2048 элем. При наблюдениях на MPFS массив микролинз размером 16 х 16 строит матрицу микрозрачков, которая подается на вход дифракционного спектрографа. Такая конструкция позволяет одновременно регистрировать 256 спектров, каждый из которых соответствует пространственному элементу изображения галактики 1" х 1". Для калибровки шкалы длин волн отдельно экспонируется спектр сравнения Не№-лампы, для исправления за виньетирование и разное пропускание микролинз — спектр лампы, излучающей в континууме, и утреннее или вечернее небо в сумерки. Первичная обработка данных — вычитание электрического нуля, удаление следов космических частиц, выделение из формата матрицы одномерных спектров, линеаризация выделенных спектров — выполняется с помощью комплекса программ, разработанного в программной среде ГОЬ одним из нас (В.Л.А.)
Рис. 1. Участок неба размером 45', в котором расположена группа NGC 80; подписаны галактики, которые исследовались в данной работе.
Наблюдения с MPFS в сине-зеленом спектральном диапазоне использовались, во-первых, для исследования распределения по галактике (картирования) эквивалентных ширин линий поглощения, выражаемых индексами в известной Ликской системе [13], и во-вторых, для построения двумерного поля лучевых скоростей звезд и дисперсии скоростей звезд. Для расчета изменения Ликских индексов с удалением от центра галактик мы суммировали спектры в концентрических кольцах с центром в ядре галактики и шириной и шагом по радиусу 1" (т.е. шагом, равным размеру пространственного элемента — благодаря этому удается поддержать примерно постоянное отношение сигнал/шум вдоль радиуса, что недостижимо, скажем, при наблюдениях с длинной щелью), а затем по спектрам, суммированным в кольцах, вычислялись индексы линий поглощения Нв, Mgb, Fe5270 и Fe5335. Для этих сильных линий суще-
ствуют детальные модельные расчеты в рамках моделей эволюционного синтеза старого звездного населения [14, 15]. При расчете лучевых скоростей звездного компонента спектр каждого про
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.