ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 40, № 1, с. 3-12
УДК 524.7-8
ЗВЕЗДНЫЙ СОСТАВ МАЛОМЕТАЛЛИЧНОЙ ГАЛАКТИКИ DDO 681
(© 2014 г. Н. А. Тихонов*, О. А. Галазутдинова, В. С. Лебедев
Специальная астрофизическая обсерватория РАН, пос. Нижний Архыз Поступила в редакцию 31.05.2013 г.
На основе архивных снимков ACS/WFC космического телескопа Хаббла проведена звездная фотометрия малометалличной галактики DDO 68. Видимые распределения звезд разного возраста и определения металличности звезд указывают, что DDO 68 является системой, состоящей из двух галактик, обладающих различной металличностью звезд (Z = 0.004 и Z = 0.001) и находящихся в стадии взаимодействия или слияния. Определено расстояние до системы DDO 68, D = 12.0 ± ± 0.3 Мпк, что существенно отличается от прежних оценок расстояния до нее. За пределами системы DDO 68 наблюдается концентрация красных гигантов, что можно интерпретировать как периферию частично видимой галактики низкой поверхностной яркости, находящейся на таком же расстоянии, как и DDO 68. Сравнение полученных диаграмм Герцшпрунга—Рессела с теоретическими изохронами Бертелли и др. позволило определить, что возраст каждой галактики не менее 10 млрд. лет.
Ключевые слова: фотометрия галактик, звездный состав галактик, малометалличные галактики, возраст галактик.
DOI: 10.7868/S0320010814010069
ВВЕДЕНИЕ
Изучение химического состава галактик показало, что для них существует зависимость между светимостью галактики и металличностью межзвездного газа или звезд галактики (Скилман и др., 1989; Ли и др., 2003; ван Зи, Хайнес, 2006; Жао и др., 2010). Однако иногда встречаются галактики с экстремально низкой металличностью, которые не следуют указанной зависимости. Большинство таких галактик находится на больших расстояниях, но некоторые, наиболее близкие из них, разрешаются на звезды на снимках космического телескопа Хаббла, и у исследователей появляется возможность изучить звездный состав этих необычных галактик и их морфологию. Кроме того, неоднократно выдвигались гипотезы о молодости малометалличных галактик, что увеличивает интерес к изучению их звездного строения.
Вероятно, самой известной галактикой этого типа является IZw 18, долгое время считавшаяся галактикой с рекордно низкой металличностью. Существуют десятки публикаций, придерживающихся противоположных точек зрения относитель-
Электронный адрес: ntik@sao.ru "-Based on observations with the NASA/ESA Hubble Space Telescope, obtain ed at the Space Telescope Science Institute, which is operated by AURA, Inc. under contract No. NAS 5-26555. These observations are associated with proposal 11578.
но возраста этой галактики. Споры о возрасте продолжались до 2007 года, когда на глубоких снимках космического телескопа Хаббла в галактике IZw 18 были найдены красные гиганты (Тихонов, 2007; Алоиси и др., 2007), чей возраст не меньше, чем 1.5 млрд. лет, поэтому и возраст IZw 18 не может быть меньше этого значения. Однако вопрос о точном возрасте галактики IZw 18 остался нерешенным (Джамет и др., 2010).
В последние 10—15 лет найдены галактики с еще меньшей металличностью, чем IZw 18 (Пустиль-ник и др., 1997, 2010; Изотов, Туан, 2005, 2007). Некоторые малометалличные галактики расположены достаточно близко и снимки космического телескопа Хаббла дают возможность изучить их звездное строение. Такое исследование позволяет определить металличность звезд разного возраста: молодых красных сверхгигантов и существенно более старых красных гигантов, а также изучить распределение звезд разного возраста и металличности по телу галактики. Среди галактик с малой ме-талличностью, снимки которых имеются в архиве космического телескопа Хаббла, мы выбрали галактику DDO 68 (рис. 1), которая имеет достаточно большую яркость и обладает низкой металлично-стью, даже более низкой, чем у известной IZw 18 (Пустильник и др., 2005; Изотов, Туан, 2007). Звездная фотометрия DDO 68 проводилась неоднократно (Хопп, Шульте-Ладбек, 1995; Шульте-
■ Г'
Рис. 1. Изображение в фильтре F606W (V) галактик системы DDO 68. Более слабая и малометалличная галактика Б дугой обходит более яркую галактику А. Отмечено положение яркой LBV-звезды, находящейся на краю галактики А среди ярких областей звездообразования.
Ладбек, Хопп, 1998; Макарова, Караченцев, 1998). Было найдено, что в галактике имеется большое число молодых звезд, т.е. наблюдается интенсивное звездообразование. Предполагалось, что причина интенсивного звездообразования состоит во взаимодействии и слиянии двух карликовых галактик (Пустильник и др., 2005). Недавно в DDO 68 была открыта очень яркая голубая переменная звезда (LBV-звезда) (Пустильник и др., 2008a), что добавило интереса к этой галактике.
ЗВЕЗДНАЯ ФОТОМЕТРИЯ И РАССТОЯНИЕ ДО DDO 68
При изучении звездного населения галактики DDO 68 мы использовали архивные снимки космического телескопа Хаббла (HST) с камерой ACS/WFC в фильтрах F606W (V) и F814W (I), полученные по заявке ID 11578. Суммарная экспозиция в каждом фильтре была равна 6939 с. Фотометрия звезд проводилась стандартным образом в DAOPHOT II (Стетсон, 1987, 1994). Полученные результаты фотометрии проходили селекцию по параметрам CHI и SHARP (Стетсон, 1987), которые определяют отклонения профиля объекта от профиля стандартных звезд для того, чтобы удалить из списка звезд диффузные объекты: звездные скопления, далекие или компактные галактики. Поглощение света в нашей Галактике учитывалось на основе работы Шлафли, Финкбайнера (2011).
Полученные результаты фотометрии звезд галактики DDO 68 представлены на рис. 2 в виде диаграммы Гецшпрунга—Рессела (СМ-диаграмма). На полученной диаграмме видны населенные ветви голубых и красных сверхгигантов, населенная область звезд асимптотической ветви
гигантов (AGB) и слабая ветвь красных гигантов. Присутствие ветви красных гигантов на СМ-диаграмме дает возможность точно определить расстояние до DDO 68, используя метод TRGB2 (Ли и др., 1993). Для определения верхней границы обрыва ветви красных гигантов строилась функция светимости выборки звезд, состоящей из AGB звезд и красных гигантов. Число звезд на функции светимости резко возрастает в начале ветви гигантов, а функция Собеля (Мадоре, Фридман, 1995), которая указывает положение резких изменений (градиентов) функции светимости, отмечает и начало ветви гигантов. Полученное нами значение TRGB, соответствующее началу ветви красных гигантов DDO 68, равно Itrqb = 26.47 ± 0.05 (рис. 3), а показатели цвета ветви гигантов составляют (V — I)-3.5 = 1.25 и (V — I)trgb = = 1.37. Учитывая, что поглощение света в нашей Галактике в направлении на DDO 68 равно Av = = 0.050 и Ai = 0.028 (Шлафли, Финкбайнер, 2011) и используя зависимости из работы Ли и др. (1993), находим, что красные гиганты DDO 68 имеют металличность [Fe/H] = —2.13, а модуль расстояния до DDO 68 (m — M) = 30m40, что соответствует расстоянию D = 12.0 ± 0.3 Мпк. Средняя точность фотометрии одной звезды на уровне I = = 26m5 равна 0m03. Поскольку для определения границы TRGB используются несколько звезд, то можно не учитывать влияние случайных ошибок фотометрии на точность определения границы TRGB. В базе данных NED найдены две оценки определения расстояния до DDO 68, которые дают практически одинаковые значения: 5.90 Мпк, полученное на основе зависимости Талли—Фишера (Талли, 1988), 5.89 Мпк, полученное Макаровой и Караченцевым (1998) на основе применения метода ярчайших звезд. Результаты Талли (1988) и Макаровой, Караченцева (1998) отличаются от полученного нами расстояния до DDO 68 более чем в два раза, что объясняется низкой точностью использованных методов определения расстояний. В недавней публикации Караченцева и др. (2013) на основе метода Талли—Фишера для DDO 68 дается значение расстояния 9.8 Мпк, что существенно отличается от прежних значений. По всей видимости, из-за сложной морфологии DDO 68 и процессов звездообразования ни метод ярчайших звезд, ни метод Талли—Фишера неприменимы к этой системе.
ЗВЕЗДНАЯ МОРФОЛОГИЯ DDO 68
На HST-снимке галактики DDO 68 (рис. 1) видно более двух десятков областей звездооб-
2 Tip of Red Giants Branch.
20m
22
-- 24
26
28
Рис. 2. Общая СМ-диаграмма звезд DDO 68. Отмечены положения населенных ветвей голубых (BSG) и красных (RSG) сверхгигантов, а также положение области (AGB) звезд. Горизонтальной линией отмечена граница ветви красных гигантов (TRGB).
80
60
40
20
25 26 27m
I
Рис. 3. Функция светимости звезд DDO 68 вблизи границы ветви красных гигантов (жирная линия). Начало ветви красных гигантов (TRGB-скачок) наблюдается при I = 26'М7, что соответствует расстоянию D = 12.0 Мпк, с учетом покраснения света E(V — I) = 0.022. Тонкой линией изображена функция Собеля, отмечающая положения максимального градиента функции светимости звезд.
L I i i i i I
ч и
BSG
-- RSG
_ i i i i i i i i i i i i i i i i i i i__ i i i i i i i i i i i i i i i i i i i.
'■ЛТ
. ¿t ;■•> ; ^ЖейОТИЯЬн^ - ■
AGB
-- RGB
3 0 1 X, угл. мин
2 3
3
2
1
3
2
1
0
0
1
2
Рис. 4. Видимое распределение звезд разного возраста в DDO 68. Выделенные звезды имеют следующие возрасты: голубые сверхгиганты (BSG) — 15 млн. лет, красные сверхгиганты (RSG) — от 15 до 100 млн. лет, AGB-звезды — от 100 млн. до нескольких млрд. лет, а красные гиганты (RGB) — более 1.5 млрд. лет. Недостаток звезд в центральной области распределения красных гигантов (RGB) возникает из-за большой яркости этой части галактики и, следовательно, потери звезд при их фотометрии.
разования, поэтому неудивительно, что на СМ-диаграмме звезд этой галактики (рис. 2) присутствует большое количество молодых звезд — голубых и красных сверхгигантов. Мы выделили на СМ-диаграмме звезды разного возраста и на рис. 4 представили их видимое распределение по телу галактики. Выделенные голубые сверхгиганты (BSG) имеют возраст до 15 млн. лет, красные сверхгиганты (RSG) — от 15 до 100 млн. лет, AGB-звезды — от 100 млн. до нескольких млрд. лет, а красные гиганты — более 1.5 млрд. лет. На HST-снимке (рис. 1) и на диаграммах распределения звезд (рис. 4) видно, что галактика DDO 68 состоит из дву
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.