moisav (moisav) wrote,
moisav
moisav

Categories:

Объект Хога: доказательство холодной аккреции..

Hoag's Object: Evidence for Cold Accretion onto an Elliptical Galaxy
Authors: Ido Finkelman (TAU), Alexei Moiseev (SAO), Noah Brosch (TAU), Ivan Katkov (SAI MSU)
Comments: 18 pages, 12 figures. Accepted for publication in MNRAS
arXiv:1108.3079v1 [astro-ph.CO]

Продолжение поста о Hoag's object

101.14 КБ
На рисунке слева — изображение галактики с космического телескопа им. Хаббла. Справа — основной результат наших наблюдений на 6-м телескопе: поле лучевых скоростей, показывающее вращение ионизованного газа в кольце и звезд — в центральном объекте (там газ обнаружить не удалось). Сразу видно, а более тщательный анализ только подтверждает, что и звезды и газ вращаются практически в одной плоскости. Хотя кольцо и выглядит почти точно круглым, но реально оно наклонено примерно на 20 градусов к картинной плоскости, так что наблюдаемый градиент проекции скорости вращения на луч зрения весьма значителен.

Как я уже писал, Hoag's object стоит особняком относительно большинства других кольцевых галактик - в них почти всегда можно увидеть подстилающий звездный диск, в котором и формируется кольцо. Правда в последнее время, благодаря наблюдениям в заатмосферном УФ, обнаружены не совсем понятные внешние кольца звездообразования, но и там есть диски, да и контраст колец не тот. Здесь же все выглядит так, как будто на эллиптическую галактик просто "насадили" кольцо, диаметр которого 50 килопарсек — побольше, чем диск нашего Млечного пути...

Почти очевидно, что кольцо приобретено в процессе взаимодействия: слияния с компаньоном, захвата спутника[ков] или газового облака. Причем это событие достаточно давнее, так как анализ изображений SDSS и спектров с 6-м телескопа показывает, что большинство звезд кольца имеет возраст около 2 млрд. лет, хотя звездообразование все еще идет. Загвоздка в том, что большинство вышеприведенных сценариев противоречат наблюдаемым характеристикам системы. Так, для формирования кольца требуется не менее 10^10 Мsol газа — это больше, чем содержится в диске нашей Галактики. Обобрать такую массы газа у мимолетящего компаньона без слияния с ним почти не реально. Собрать вещество в результате "малого мержинга" (поглощения малых спутников) тоже не получается. Во-первых, спутников требуются десятки, а окружение галактики необычно "бедное" - нам не удалось найти стоящих внимания компаньонов ближе чем 3 Мпк от нее. Неужели, всех "слопала"? Во-вторых, орбиты всех спутников должны были быть расположены строго в одной плоскости — тоже очень маловероятно, хотя трехосность потенциала центральной галактики и может немного помочь. В-третьих, одновременно с формировнаием кольца, часть захваченного газа должна терять угловой момент, накапливаться в центре и приводить к вспышке звездообразования. Но на наших спектрах в центральной галактике не удалось обнаружить никаких следов звезд моложе чем 10 млрд лет.

Слияние со сравнимой по массе богатой газом галактикой ("большой мержинг") тоже не подходит, хотя согласно современным моделям так и должны формироваться многие эллиптические галактики (при этом часть газа может рассеяться и образовать внешнее кольцо или диск). Но опять должна быть вспышка центрального звездообразования. Кроме того, хотя на первый взгляд (и по профилю яркости) центральный объект и похож на обычную эллиптическую галактику, более детальное рассмотрение показывает, что все сложнее. Во-первых, наблюдается довольно резкий градиент металличности - содержание тяжелых элементов в звездах быстро убывает с радиусом. Во-вторых необычно быстрая скорость вращения для столь круглого, т.е. мало наклоненного, сфероида. Согласно современной модной классификации галактику следует отнести к "сверхбыстрым ротаторам". В общем-то и такие получаются в численных моделях, но большая часть звезд в них должна образоваться в результате единственного события — монолитного коллапса газового облака. Остаток массы они могут добрать на слияниях, но им следует избегать "большого" мержинга, который уплощает градиент металичности и перераспределяет момент вращения. Попросту — все перемешивает. (Формально говоря, наблюдаемую большую скорость вращения можно объяснить в предположении, что галактика вытянута как огурец, а мы смотрим на нее со стороны малого сечения. Но тогда получается, что случайным образом совпали проекции ее большой оси и большой оси кольца, что очень маловероятно.)

Итак, требуется, чтобы большая масса газа пришла снаружи и "накрутилась" на внещние части галактики, не затронув сердцевину. И такое возможно, если предположить называемую "холодную" (газ разогрет менее ~100000K) аккрецию филамента межгалактической среды. Такие процессы все чаще появляются в космологических моделированиях, поскольку иначе трудно получить быстро вращающиеся галактические диски. В общем-то большинство массивных галактик на раннем этапе должно набирать газ из этих фидаментов, но следы былой аккреции теряются с ходе дальнейших слияний. А вот если галактика эволюционирует в относительно "бедном" окружении, то результат такой аккреции будет виден до сих пор, как в объекте Хога. При этом захват газа со значительным моментом вращения мог помочь и "раскрутить" центральные области, причем в нужном направлении. Следы таких филаментов сейчас интенсивно ищут, но свидетельства пока лишь косвенные и похоже, что наш случай — из этой категории.

Разумеется, требуются еще детальные моделирования этого процесса, а для окончательной ясности не хватает наблюдательных данных. Особенно хочется посмотреть на детальное распределение нейтрального водорода и более тщательно изучить историю звездообразования как в центре, так и в кольце. Но из имеющегося материала вытянули все что могли.

В любом случае, существование таких систем является серьезным тестом современных моделей образования галактик. Возникает закономерный вопрос: насколько уникален объект Хога? С момента его открытия в 1950 г. были попытки найти аналоги, но всегда оказывалось, что полная аналогия (даже в распределении яркости — т.е. по внешнему виду) недостижима. Ситуация стала меняться буквально в последние годы. Так в 2011 мои соавторы Ido Finkelman и Noah Brosch опубликовали анализ изображений более близкой UGC4599, которую они считают очень похожей на Hoag's object. Конечно, кольцо не столь выразительное, да и к их фотометрическому анализу есть претензии (нет ли здесь внешнего звездного диска?), но все равно сильно похоже:
33.83 КБ
И в нашем свежем каталоге SPRG нашлось несколько очень подходящих кандидатов:
31.56 КБ

Есть надежда, что в ближней Вселенной (z<0.1) можно найти минимум пару десятков таких галактик, которые еще ждут своего изучения.



Чуток об истории этой работы, которая оказалась продолжительной, хотя и не столь долгой, как с Fornax A.

Об объекте Хога я впервые узнал в начале аспирантуры, году в 1999, обсуждая поведение газовых дисков в трехосном потенциале, научный руководитель зачем-то дал посмотреть древнюю диссертацию некоего Берзика. Там строились динамические модели с целью воспроизвести фотографию Hoag's object. Но тогда это забылось и уже после защиты, читая классический обзор Buta & Combes о кольцевых галактиках вновь столкнулся с объектом Хога. Полазил по сети и удивлением обнаружил, что несмотря на известность этого ”прототипа объектов с одноименным названием”, наблюдательных данных почти что и нет, кроме древних невразумительных спектров, да красивых картинок с телескопа им Хаббла, снятых для целей Hubble Herritage, т.е. для эстетики и рекламы, а не за ради науки (так было и с NGC 7742). Отметил, что неплохо было бы посмотреть на него внимательнее, тем более, что центральная галактика как раз влезает в поле зрения нашего мультизрачкового спектрографа MPFS . Мне казалось, что это - полярное кольцо, видимое в положении плашмя. Но отвлекали другие проекты. Наконец, еще через несколько лет, на конференции в Пулково 2007 г. меня отловил Леша Князев и предложил поразбираться с интересной кольцевой галактики, с которую он возится вместе с южноафриканским шефом (при этом живущим и директорствующим в Израиле) Noah Brosch. Я подключился, что-то отнаблюдал по своей программе, потом уговорил Noah подать отдельную заявку на БТА. Когда основной материал был собран, Brosch предложил понаблюдать еще несколько интересных колец, в том числе и Hoag's object о котором у его была маловразумительная (на мой взгляд) статья аж в 1985 г. Я подержал с радостью, вспомнив прошлый интерес. Первые спектры мы получили весной 2009 г., обработав я убедился, что и газ в кольце и звезды в центре вращаются в одной плоскости — явно НЕ полярное кольцо. Очень хотелось построить полное поле скоростей, наш интерферометр Фабри-Перо позволял это сделать, но только в эмиссионной линии Нбета, что, конечно не так притягательно, как более яркая Нальфа. И тут, в конце года вдруг у администрации образовалось неожиданный избыток денег на оборудования и меня спросили, что можно быстро купить для дооснащения прибора, только чтобы менее 100 тысяч (без тендера). Обрадованный заказал пару узкополосных фильтров, один из которых как раз захватывал линию Нальфа на требуемом красном смещении. И в апреле 2010 г удалось провести наблюдения, причем в неплохих условиях — кольцо проработалось изумительно. Brosch попросил поставить координатором работы своего аспиранта-фотометриста Идо Финкельмана. В начале работа шла еле-еле, но когда появилось поле скоростей — это подстегнуло. Попутно я попросил Ваню Каткова (тогда еще моего студента) разобраться со звездным населением центральной галактики, Ваня смог вытащить полезную информацию даже из очень слабого абсорбционного спектра кольца. И зимой 2010/11 работа закипела, шла интенсивная переписка, Идо ваял драфт, я бился с интерпретацией кинематики, но в конце концов работу сделали. Теперь надо заинтересовать радиоастрономов по части HI, здесь есть с кем поговорить.
Tags: научпоп, своя наука, статейки
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 7 comments