Великомасштабні рухи спіральних галактик Каталогу RFGC

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Головна астрономічна обсерваторія

УДК 524.7

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Спеціальність 01.03.02 - Астрофізика, радіоастрономія

Великомасштабні рухи спіральних галактик Каталогу RFGC

Тугай Анатолій Володимирович

Київ - 2005

Дисертація є рукописом галактика швидкість пекулярний

Робота виконана в Астрономічній обсерваторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Парновський Сергій Людомирович, Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, провідний науковий співробітник. галактика швидкість пекулярний каталог

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, член-кореспондент НАНУ,Ізотов Юрій Іванович, Головна астрономічна обсерваторія НАН України, зав. відділом кандидат фізико-математичних наук, Новосядлий Богдан Степанович, Астрономічна обсерваторія Львівського університету, директор

Провідна установа: Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків

Захист відбудеться 9 грудня 2005 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН України за адресою: ГАО НАН України, вул. Акад. Заболотного, 27, м. Київ, МСП, 03680. Початок засідань о 10 годині.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Головної астрономічної обсерваторії НАН України за адресою: ГАО НАН України, вул. Акад. Заболотного, 27, м. Київ, МСП, 03680.

Автореферат розісланий 3 листопада 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат фізико-математичних наук Васильєва І.Е.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Дослідження колективних великомасштабних рухів галактик на тлі загального Габлівського розширення Всесвіту є відносно новою галуззю позагалактичної астрономії. Започаткований статтею В.Рубін та ін. в 1976 р. [15], цей напрямок досяг значного прогресу. Зараз у ньому працюють незалежно багато груп авторів, які досліджують колективні рухи галактик та їх скупчень. Значно збільшилась кількість спостережень і вимірювань пекулярних швидкостей галактик (додаткова променева швидкість, що є різницею повної променевої швидкості галактики і її відстані, помноженої на сталу Габла). Значні успіхи є також у розробці моделей колективного руху та іншого теоретичного підґрунтя. Визначення параметрів колективних великомасштабних рухів галактик важливе не тільки для дослідження кінематики речовини у Всесвіті на масштабі до 100 Мпк, а також для вивчення розподілу речовини, включаючи темну матерію, на такому ж масштабі. На основі даних про рухи галактик були визначені параметри Великого Атрактора, надскупчення Персей-Риби, Концентрації Шеплі, тощо. Іншою галуззю застосування даних про пекулярні рухи є космологія, оскільки деякі космологічні параметри та моделі прямо повязані з амплітудами великомасштабних рухів.

Відзначимо, що окремі результати досліджень колективних рухів галактик не узгоджуються між собою. Згідно сучасній стандартній космологічній CDM-моделі (яка передбачає, що основний внесок у густину Всесвіту обумовлений темною енергією і небаріонною холодною темною матерією) пекулярні рухи на масштабі 100 Мпк повинні характеризуватися швидкостями 200150 км/с [16]. В деяких дослідженнях пекулярні швидкості мають таку амплітуду [16-22]. Значення космологічних параметрів, отриманих за цими даними, добре узгоджуються з результатами, отриманими іншими методами, такими як спостереження наднових типу Іа, дослідження анізотропії мікрохвильового фону, тощо. Натомість, деякі дослідники отримують за даними спостережень рухів скупчень галактик пекулярні швидкості 700150 км/с [23-25]. Неузгодженість даних про колективні рухи додає актуальності кожному наступному визначенню параметрів колективного руху, зокрема амплітуди в залежності від масштабу.

Звязок з науковими програмами, планами та темами. Дослідження було проведене на Астрономічній обсерваторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка в рамках бюджетної теми «Великомасштабна структура Всесвіту і характеристики позагалактичних об'єктів» 2001-2005 рр., номер держреєстрації 0101U000996.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи було визначення параметрів колективних рухів плоских галактик каталогу RFGC на масштабі до 150 Мпк на основі узагальненого співвідношенні Таллі-Фішера у варіанті «лінійний діаметр - ширина лінії НІ» в рамках мультипольних моделей великомасштабного руху.

Для її досягнення поставлені наступні задачі:

- створення нових вибірок пекулярних швидкостей галактик;

- визначення і аналіз в рамках мультипольних моделей великомасштаб-ного руху параметрів дипольної, квадрупольної і октупольної складових колективного руху для нових вибірок та їх підвибірок з обмеженням граничної відстані до галактик (глибини), порівняння цих параметрів з результатами інших дослідників;

- побудова спільної залежності Таллі-Фішера у варіанті «світність-ширина лінії НІ» для RFGC-галактик разом зі спіральними галактиками каталогу Mark III. Оцінка похибок відстаней та пекулярних швидкостей, отриманих таким способом;

- дослідження точності відновлення розташування атракторів при використанні мультипольних моделей великомасштабного руху.

Наукова новизна одержаних результатів. Створена нова вибірка з 1561 плоских спіральних галактик з каталогу RFGC, для котрих наявні дані про променеві швидкості та ширини лінії НІ. Для неї розраховані відстані та пекулярні швидкості за допомогою узагальненої багатопараметричної залежності Таллі-Фішера в варіанті «лінійний діаметр - ширина лінії НІ» та досліджені колективні рухи з використанням моделі мульти-польного розкладу. Підтверджені і доповнені результати попередніх досліджень великомасштабних рухів галактик каталогу RFGC про статистичну значущість квадрупольної і октупольної складових великомасштабних рухів і про залежність швидкості колективного руху від моделі, в якій вона отримується.

Побудована об'єднана вибірка спіральних галактик каталогів RFGC i Mark III, для яких отримані оцінки відстаней і радіальних пекулярних швидкостей на основі залежності Таллі-Фішера в варіанті «світність - ширина лінії НІ».

Вперше досліджений вплив одиночного атрактора на колективні рухи галактик в мультипольному наближенні. В результаті розгляду 4-атракторної моделі розподілу густини у Всесвіті показано, що вона коректно описує дипольну компоненту колективного руху та некоректно квадрупольну та вищі складові.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи можуть бути використані для визначення закономірностей пекулярних рухів галактик, визначення космологічних параметрів і розподілу речовини на масштабі до 150 Мпк.

Створена в даній роботі нова вибірка пекулярних швидкостей галактик вже використана для дослідження розподілу густини матерії, оцінки космологічних параметрів та застосована в релятивістських моделях великомасштабних колективних рухів. Результати виконаної роботи можуть бути використані при плануванні спостережних програм вимірювання червоних зміщень та ширин лінії НІ галактик з каталогу RFGC.

Особистий внесок здобувача. З 6 статей, результати яких увійшли до дисертаційної роботи, статті [2] і [4] написані автором самостійно. У статтях [3, 5, 6], написаних у співавторстві з С.Л.Парновським і в статті [1], написаній у співавторстві з Ю.М.Кудрею, автор брав участь у постановці задачі і аналізі отриманих результатів. В роботах [1-4, 6] здобувачем було самостійно написане все необхідне програмне забезпечення і проведені розрахунки. При роботі над статтею [5] здобувачем проводилася побудова первинного варіанту нової вибірки галактик і аналіз параметрів колективного руху.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на семінарах відділу астрофізики АО КНУ, а також на наступних міжнародних конференціях:

1. 8, 9, 10 і 11 Міжнародні конференціі молодих вчених "Астрономія і фізика космосу", 2001-2004 роки, Київ, Україна;

2. Третя наукова конференція "Вибрані питання астрономії та астрофізики", присвячена пам'яті Богдана Бабія, 2002 рік, Львів, Україна;

3. "Астрономічна школа молодих вчених", 2003-2004 роки, Біла Церква, Україна;

4. III та IV Міжнародні конференції "Релятивістська астрофізика, гравітація і космологія", 2003-2004 роки, Київ, Україна;

5. Науково-теоретична конференція "Київський національний університет в ХХІ столітті", присвячена 170-річчю КНУ, 2004 рік, Київ, Україна.

Публікації. Результати дисертації представлені у 6 публікаціях у фахових журналах [1-6] і в 8 збірниках тез конференцій [7-14].

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і списку літератури з 147 найменувань обсягом 15 сторінок. Робота включає 31 малюнок і 15 таблиць, повний обсяг роботи 124 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі обговорюється актуальність теми дисертації, позначені основні задачі роботи і представлено її короткий опис.

У першому розділі даної дисертації викладено сучасний стан дослідження негаблівських рухів галактик. Описано методи визначення пекулярних швидкостей, огляди пекулярних швидкостей, галузі застосування пекулярних швидкостей, зокрема в космології для незалежного визначення космологічних параметрів та космографії для отримання розподілу густини матерії, включаючи темну, на відстанях до 100 Мпк. Особливу увагу приділено опису каталогів галактик RFGC [27] та Mark III [28], що застосовані в дисертаційній роботі, та оцінці відстаней до галактик за допомогою метода Таллі-Фішера. Розглянуто сучасні проблеми визначення великомасштабних рухів галактик і шляхи їх вирішення.

Метою розділу є огляд і систематизація теоретичного і спостережуваного матеріалу, що відноситься до дослідження великомасштабних рухів галактик, а також визначення актуальних напрямків досліджень великомасштабної структури Всесвіту.

В розділі 2 виконана спроба об'єднання даних каталогів RFGC i Mark III з метою порівняння пекулярних швидкостей галактик цих каталогів і отримання нового великого однорідного масиву даних про відстані і пекулярні швидкості галактик. Використовувалися дані про ширини лінії НІ і оцінки видимих зоряних величин 1271 галактики RFGC, отримані в [29] за кутовими розмірами, а також ширини лінії НІ і дані фотометрії для спіральних галактик Mark III. Видимі зоряні величини і ширини лінії НІ галактик двох каталогів були переведені за лінійними регресіями до систем каталогу Mark III. Це дало змогу побудувати залежність Таллі-Фішера в варіанті «світність-ширина лінії НІ» для 3530 галактик і на її основі обчислити відстані і радіальні пекулярні швидкості галактик об'єднаної вибірки. Побудована інтегральна функція розподілу відстаней об'єднаної вибірки, за якою визначена гранична відстань, до якої вибірка є однорідною і повною. Проведене порівняння відстаней галактик об'єднаної вибірки з відстанями, обчисленими раніше авторами каталогів RFGC [30] i Mark III [28]. В результаті було встановлено, що відстані, обчислені для об'єднаної вибірки, мають відносні випадкові похибки в два рази більші, ніж відстані, наведені в каталозі Mark III, і відстані, обчислені для галактик RFGC без використання даних каталогу Mark III. Систематичні похибки повязані з нелінійним (степеневим) співвідношенням відстаней в об'єднаній вибірці і в згаданих вище окремих вибірках. Нелінійність чітко проявляється на відстанях від 70 h^-1 Мпк. Наявність випадкових і систематичних похибок відстаней галактик об'єднаної вибірки пояснюється наступним чином. При обчисленні відстаней галактик RFGC автори каталогу використовували узагальнену багатопараметричну залежність Таллі-Фішера, до якої замість видимих зоряних величин входили кутові діаметри галактик. Натомість автори Mark III основні зусилля по зменшенню похибок відстаней галактик зосередили на проведені якомога точнішої фотометрії і ретельному обчисленні поправок до отриманих зоряних величин. Неможливість застосування до даних обєднаної вибірки обох названих підходів одночасно і призвела до появи додаткових похибок.

Отже, об'єднаний масив даних більший за вибірки галактик каталогів RFGC i Mark III, взяті окремо, але відстані, отримані для цього масиву, зазнають більших систематичних похибок. Одним з їх джерел є використання оцінок зоряних величин за діаметрами галактик замість даних фотометрії. Дослідження властивостей об'єднаного масиву показало, що при використанні даних про пекулярні швидкості галактик каталогів RFGC i Mark III для визначення космологічних параметрів та відтворення розподілу матерії доцільніше користуватися не об'єднаною вибіркою, а даними різних каталогів незалежно один від одного, порівнюючи отримані результати. Слідуючи отриманому висновку, в наступних розділах дисертаційної роботи використані виключно дані про галактики RFGC.

Результати виконаної роботи призводять також до більш загального висновку про те, що для порівняння полів пекулярних швидкостей кількох вибірок галактик, до яких застосовувалися цілком різні методи обчислення відстаней, доцільніше використовувати індивідуальні пекулярні швидкості, отримані авторами вибірок, аніж намагатися зводити до єдиної системи вихідні спостережні дані.

В розділі 3 досліджено параметри великомасштабних колективних рухів галактик з використанням каталогу плоских галактик-дисків RFGC [27]. Ці дослідження продовжують і доповнюють роботу, розпочату в статтях [31, 32, 17]. Параметри знайдено за методом найменших квадратів на основі узагальненої багатопараметричної залежності Таллі-Фішера у варіанті «лінійний діаметр-ширина лінії НІ» та мультипольних моделей колективного руху, розроблених в [17]. Відстані обчислювалися за регресією, вигляд якої отриманий в [17]

,

де R=Hr - відстань до галактики, виражена в км/с;

W - ширина лінії водню, виражена в км/с;

a_r і a_b - кутовий діаметр галактики відповідно у червоному і синьому фільтрі, виражений в кутових хвилинах;

B і T - індекси поверхневої яскравості і морфологічного типу, що пов'язані з відповідними величинами, наведеними в каталозі RFGC, за формулами

B=I_SB-2

T=I_T-5.35

В дисертації використано три типи моделей поля радіальни пекулярних швидкостей колективного руху галактик: дипольна (D), квадрупольна (DQ), що включала дипольну та квадрупольну складові колективного руху, та октупольна (DQO), в якій додавалась також октупольна складова. Названі моделі відповідають першим членам мультипольного розкладу поля пекулярних швидкостей за ступенями відстані.

У найпростішій D-моделі ми маємо

Vcz-R=D_in_i,

де V - радіальна пекулярна швидкість, що означається як різниця спостережуваної променевої швидкості cz і відстані, визначеної за узагальненою залежністю Таллі-Фішера. Усі швидкості розглядаються в системі відліку реліктового мікрохвильового випромінювання. Вектор D є вектором дипольної компоненти колективного руху, а n - одиничний вектор, спрямований на галактику з декартовими компонентами (n₁, n₂, n₃). Тут і далі ми використовуємо правило Ейнштейна - за будь-якими індексами, що повторюються, проводиться підсумовування. У DQ-моделі додається квадрупольна складова:

V=D_in_i+RQ_ijn_in_j .

Симетричний безслідовий тензор Q_ij визначається п'ятьма параметрами q_i

Q_ijn_in_j=q₁(n₁²-n₃²)+q₂(n₂²-n₃²)+q₃n₁n₂+q₄n₁n₃+q₅n₂n₃ .

Комбінуючи квадрупольну складову з габлівским розширенням, ми одержуємо анізотропне розбігання галактик із залежною від напрямку «сталою Габла»

H(n)=H+Q_ijn_in_j

Поверхня однакової пекулярної швидкості, обумовленої квадрупольною складовою, є тривісним еліпсоїдом з центром у точці спостереження.

Після додавання октупольних компонентів ми одержуємо DQO-модель, яку можна записати в двох еквівалентних формах. У першій з них внесок октуполя розбитий на 2 частини - безслідовий, симетричний за кожною парою індексів тензор O_ijk і вектор Р, що описує квадратичні за відстанню поправки до вектора D. Тензор О описується сімома параметрами d'_i, а вектор Р трьома компонентами.

В лінеаризованій теорії збурень вектор Р пропорційний градієнту середньої густини матерії. Внески Р и О можна об'єднати в єдиний тензор , симетричний за будь-якою парою індексів, що описується 10 параметрами d_i, які лінійним чином виражаються через параметри d'_i і P_i.

Методи обробки були аналогічні використаним в роботі [17], але вони застосовувались до нової, розширеної та уточненої вибірки галактик. Ця вибірка зараз є найбільш повною вибіркою даних про RFGC-галактики і фактично стала стандартом для вивчення будь-яких величин, що отримуються за допомогою RFGC-галактик. Так, на її основі досліджено розподіл густини матерії за методом POTENT [33] та оцінено величини космологічних параметрів _m і ₈ [34].

Для побудови вибірки використовувались дані попередньої вибірки [30] а також нові дані з позагалактичної бази даних HyperLEDA. Остання містить дані про променеві швидкості та ширини ліній НІ 1201 галактики каталогу RFGC. Серед них дані про 233 галактики не входили до роботи [30]. Дані про решту 968 галактик було порівняно з даними попередньої вибірки. Виявилось, що дані для 34 галактик з HyperLEDA значно краще вкладаються на залежність Таллі-Фішера. Тому ці дані було введено до вибірки з вилученням попереднього варіанту. Шляхом складної ітераційної процедури з загальної кількості у 1561 галактику було відкинуто 68 галактик, що значно відхиляються від залежності Таллі-Фішера. Решта 1493 галактики склали нову вибірку.

Результати обробки даних побудованої вибірки підтвердили і уточнили висновки роботи [17]. Зокрема було підтверджено статистичну значущість квадрупольної і октупольної складових, а також новий ефект [17]: включення у модель октупольної складової призводить до значного (до рівня 1) зниження модуля дипольної складової для підвибірок, обмежених у глибину до 80-90 h^-1 Мпк (див. рис. 1).

Рис. 1. Модуль дипольного компонента швидкості як функція максимальної відстані галактик у підвибірці. Трикутники, квадрати і кружки відображають розрахунки, проведені в рамках D-моделі, DQ-моделі і DQO-моделі відповідно.

Одним з основних результатів виконаної роботи є нова оцінка параметрів дипольної компоненти великомасштабного колективного руху галактик (bulk motion). Параметри колективного руху, отримані для нової вибірки галактик узгоджуються з попередніми результатами досліджень галактик RFGC, а також з результатами, отриманими для інших каталогів галактик (див. табл. 1 і рис. 2). Нова оцінка параметрів колективного руху є додатковим свідченням на користь сучасної космологічної CDM-моделі.

Табл. 1. Результати визначення параметрів колективного руху галактик на масштабі до 150 Мпк.

Робота і тип об'єктів, що в ній розглядалися	глибина вибірки	D, км/с	l,;b,	Кількість галактик
[5]	Парновський, Тугай, 2004; плоскі галактики з каталогу RFGC	100h-1 Мпк	28874	31212, 1211	1493
[35]	Кудря та ін., 2003, плоскі галактики з каталогу RFGC	80h-1 Мпк	19961	30118, -215	1141
[17]	Парновський та ін., 2001; плоскі галактики з каталогу RFGC	100h-1 Мпк	33696	32116, -110	1271
[32]	Караченцев та ін., 2000; плоскі галактики з каталогу RFGC	100h-1 Мпк	30075	32813, 714	983
[31]	Караченцев та ін., 1995; плоскі галактики з каталогу RFGC	80h-1 Мпк	26040	31910, 2811	893
[18]	Декел та ін., 1999; cпіральні галактики з каталогу Mark III	50h-1 Мпк	370110	30517, 1415	3300
[20]	да Коста та ін., 2000; близькі еліптичні галактики (проект ENEAR)	60h-1 Мпк	22050	30416, 2511	1145
[19]	Дейл та ін., 1999; спіральні галактики скупчень (проект SCI)	150h-1 Мпк	565113	26710, 2610	522
[23]	Лауер, Постмен, 1994; галактики скупчень Ейбелла	100h-1 Мпк	689178	34323, 5223	119 скупчень
[25]	Хадсон та ін., 2004; галактики скупчень Ейбелла (проект SMAC)	140h-1 Мпк	690200	26013, 1211	56 скупчень

Рис. 2. Напрямки (у галактичній системі координат) дипольної складової колективного руху галактик на масштабі до 100 Мпк за даними різних авторів. Напрямок, отриманий у даній дисертаційній роботі, позначений кружком.

Квадрупольна компонента колективного руху описується безслідовим симетричним тензором Q_ik, який характеризує локальне відхилення від габлівського закону на відстанях до 100 Mпк. Як показано в п. 3.3, максимальні відхилення цієї величини від середніх значень становлять 6.81.7% і -4.41.6% і пов'язані відповідно з напрямками l=77, b=82 i l=79, b=-8 та протилежними. Підтверджений результат роботи 17 про статистичну значущість квадрупольної компоненти (в розділі 3 було отримане значення значущості 99%). Октупольну компоненту можна описати за допомогою вектора Р, який у лінійному наближенні спрямований протилежно напрямку градієнта густини матерії, та симетричного по кожній парі індексів тензора О_ikl. В п. 3.3. показано, що для нової вибірки, на відміну від роботи [17], вектор Р виявився статистично значущим. Його компоненти мають значення l=289, b=19, Р=(12.53.5)10^-6 с/км. Для відстаней порядку глибини вибірки R=10000 км/с вектор Р забезпечує внесок в індивідуальні пекулярні швидкості до 1200 км/с, тому його врахування має принципове значення.

Компоненти тензора О_ikl були використані для побудови загальної картини колективних рухів галактик, що основана на 19-компонентній октупольній моделі. Розподіл поля пекулярних швидкостей на небесній сфері характеризується різким мінімумом у напрямку на сузір'я Лебедя з координатами l=65, b=-5 (див. рис. 3).

В розділі 4 за допомогою компютерного моделювання досліджено точність визначення положення на небі одиночного сферично-симетричного атрактора (надлишку маси) за пекулярними рухами галактик, які він спричиняє. Це дає можливість оцінити точність визначення реальних атракторів, які було знайдено саме за розподілом пекулярних швидкостей галактик.

Для врахування впливу неповноти та асиметрії вибірки, розрахунки проводились для реальних вибірок галактик RFGC. Використовувались вибірка з 1271 галактики, як і в роботі [17], а також вибірка з 1501 галактики, що описана в розділі 3 даної дисертаційної роботи. Всі розрахунки проводились аналогічно до розрахунку пекулярних швидкостей реальних галактик. Однак пекулярні швидкості в точках вибірки розраховувались за формулами, що описують вплив одиночного атрактора. Визначались дипольна, квадрупольна і октупольна складові поля швидкостей.

Рис. 3. Лінії постійної швидкості повного колективного руху в DQO-моделі для R=8000 км/с за даними про галактики нової вибірки. По осях відкладені галактичні координати.

Показано, що надійне встановлення положення на небі можливе тільки для атракторів, які знаходяться на відстанях значно більших, ніж глибина вибірки. Найбільш точним індикатором, що вказує на напрямок на атрактор є напрямок дипольної компоненти, розрахований за DQO-моделлю. Кут відхилення від напрямку на реальний атрактор можна оцінити за допомогою кутів ₁, ₂, ₃ між напрямками дипольної компоненти в D, DQ та DQO-моделях за формулою

0.4,

де - найбільший з кутів ₁, ₂, ₃. За цими ж величинами можна також наближено оцінити відстань до віддаленого атрактора. Власний напрямок тензора квадруполя з власним значенням, що має знак, протилежний двом іншим, також є індикатором напрямку на атрактор, але характерний кут відхилення приблизно в 6 разів перевищує кут відхилення від напрямку дипольної компоненти. Напрямок вектора Р, виділеного з октупольної компоненти, не є індикатором положення атрактора незалежно від його відстані. Таким чином, октупольна складова не має величин, які б вказували на положення атрактора.

Натомість для близького атрактора, що лежить у границях вибірки, кути відхилення можуть бути великими, і навіть сягати 180. В цьому випадку використання мультипольного розкладу поля швидкостей є недоцільним. Замість цього у математичну модель поля швидкостей колективного руху варто внести доданок, котрий описує внесок в поле швидкостей, спричинений окремим близько розташованим атрактором.

В п. 4.6 досліджено чотирьохатракторну модель розподілу речовини на масштабі до 200 Мпк. Модель включає Великий Атрактор, Концентрацію Шеплі, надскупчення Персей-Риби і скупчення в Діві. Показано, що модельна дипольна компонента відповідає спостережуваній, а квадрупольна і октупольна не відповідають. Отже для опису поля пекулярних швидкостей на масштабі 100 Мпк в квадрупольному і більш точних наближеннях 4-атракторна модель є недостатньою.

У висновках подані основні результати, отримані в дисертаційній роботі, і пропозиції щодо подальших досліджень за даною проблемою.

Висновки

1. Побудовано вибірку з 1561 плоских спіральних галактик з каталогу RFGC, для котрих існують дані про променеві швидкості та ширини лінії НІ. Визначено вибірки з 1493 та 1501 галактики, що не дуже сильно відхиляються від залежності Таллі-Фішера (на рівні до 3.5). На їх основі визначено величини та похибки параметрів узагальненої залежності Таллі-Фішера у варіанті «лі-нійний діаметр-ширина лінії НІ» та мультипольних моделей колективного руху галактик.

2. Підтверджено для вищезгаданої вибірки статистичну значущість квадрупольної та октупольної складової колективного руху. Для нової вибірки підтверджено ефект сильного зменшення дипольної складової колективного руху до рівня 1 при включенні у розгляд октупольної компоненти для підвибірок з обмеженням глибини у 80-90 h^-1 Мпк. Встановлено ступінь неоднорідності у швидкостях розбігання галактик на відстанях до 100 Мпк, яка може бути описана тензорною «сталою Габла». Її максимальне значення сягає 106.81.7% H₀, а мінімальне - 95.61.6%. Ці значення пов'язані з напрямками l=77, b=82 i l=79, b=-8, а також протилежними. Загальна картина радіальної швидкості колективного руху характеризується різким мінімумом у напрямку l=65, b=-5. На відміну від попередніх результатів, вектор Р, що характеризує октупольну компоненту та градієнт густини матерії є статистично значущим.

3. Побудований об'єднаний масив даних про зоряні величини галактик каталогів RFGC (оцінених за кутовими розмірами) та Mark III (дані фотометрії). Показано, що при його використанні для дослідження великомасштабних рухів за допомогою співвідношення Таллі-Фішера у варіанті «світність-ширина лінії НІ» виникають похибки, більші, ніж для кожного з каталогів окремо. Знайдено формули переводу даних про RFGC - галактики у систему Mark III. Виникаючі при цьому нелінійності є суттєвими на відстанях більш ніж 70 h^-1 Мпк.

4. Показано, що положення близьких атракторів, що лежать у границях вибірки, не можуть бути визначеними з використанням мультипольної моделі колективного руху галактик. Натомість для віддалених атракторів найкращим індикатором є напрямок дипольної компоненти, розрахований в рамках DQO-моделі. Зроблена оцінка кута відхилення цього індикатора від напрямку на атрактор та відстані до атрактора на основі кутів відхилення між напрямками дипольної компоненти в D-, DQ- та DQO-моделях. Показано, що 4-атракторна модель розподілу густини у Всесвіті [26] добре описує тільки дипольну компоненту колективного руху, але погано описує квадрупольну та вищі складові, що свідчить про непридатність цієї моделі в цілому.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Тугай А.В., Кудря Ю.Н. Объединение массивов расстояний и пекулярных скоростей для галактик каталогов Mark III и RFGC // Кинематика и физика небесных тел. - 2002. - Т. 18, №2. - С. 171-178.

2. Тугай А.В. Повнота і однорідність об'єднаного масиву даних про вiдстані галактик каталогiв RFGC i Mark III // Журнал фізичних досліджень. - 2002. - Т. 6, №4. - С. 141-143.

3. Тугай А.В., Парновский С.Л. Моделирование крупномасштабных движений галактик, вызванных одиночным аттрактором // Кинематика и физика небесных тел. - 2003. - Т. 19, №5. - С. 454-466.

4. Тугай А.В. Моделирование поля скоростей для выборки 1501 галактики, вызванного одиночным аттрактором // Вестник Астрономической школы. - 2003. - Т. 4, №2. - С. 94-98.

5. Парновский С.Л., Тугай А.В. Коллективные движения галактик на масштабе 100 Мпк с использованием новых данных // Письма в Астрономический журнал. - 2004. - Т. 30, №6. - С. 403-413.

6. Парновский С.Л., Тугай А.В. Исследование поля пекулярных скоростей галактик, вызванного притяжением одиночного аттрактора, в квадрупольном и октупольном приближениях // Кинематика и физика небесных тел. - 2004. - Т. 20, №3. - С. 260-268.

Тези конференцій

7. Tugay A.V. Galaxy distances data unification from RFGC and Mark-3 catalogues // Abstracts of 8th Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics. - Kyiv (Ukraine). - 2001. - P. 11.

8. Тугай А.В. Відстані до галактик за даними каталогів RFGC i Mark III // Тези третьої наукової конференції «Вибрані питання астрономії та астрофізики», присвяченої пам'яті Богдана Бабія. - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка. - 2002. - С. 80.

9. Tugay A.V., Parnovsky S.L. Simulation of large-scale motions caused by the single attractor // Abstracts of reports of III conference «Relativistic astrophysics, gravitation and cosmology». - Kyiv (Ukraine). - 2003. - P.12.

10. Tugay A.V. Review of modern study of galaxy flows // Abstracts of 10th Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics. - Kyiv (Ukraine). - 2003. - P. 53-54.

11. Тугай А.В., Парновский С.Л. Моделирование крупномасштабных движений галактик, вызванных одиночным аттрактором // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції «Астрономічна школа молодих вчених». - Біла Церква: Київський інститут післядипломної освіти. - 2003. - С. 30-31.

12. Tugay A.V., Parnovsky S.L., Kudrya Yu.N. Investigation of large-scale galaxy motions // Abstracts of 11th Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics. - Kyiv (Ukraine). - 2004. - P. 94.

13. Парновський С.Л., Тугай А.В. Дослідження великомасштабних рухів галактик // Тези ювілейної науково-теоретичної конференції, присвяченої 170-річчю Київського національного університету імені Тараса Шевченка «Київський національний університет у ХХІ столітті». - Київ: КНУ ім. Т.Шевченка. - 2004. - С. 97-98.

14. Тугай А.В., Парновський С.Л., Кудря Ю.М. Нові вибірки пекулярних швидкостей спіральних галактик // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції «Астрономічна школа молодих вчених». - Біла Церква: Київський інститут післядипломної освіти. - 2004. - С. 36-37.

Цитована література

15. Rubin V.C., Roberts M.S., Thonnard N., Ford W.K. Motion of the Galaxy and the local group determined from the velocity anisotropy of distant SC I galaxies. II - The analysis for the motion // Astronomical Journal.-1976.-Vol. 81.-P. 719-737.

16. Colless M., Saglia R.P., Burstein D., Davies R.L., McMahan R.K., Wegner G. The peculiar motions of early-type galaxies in two distant regions - VII. Peculiar velocities and bulk motions // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.-2001.-Vol.321.-P.277-305.

17. Парновский С.Л., Кудря Ю.Н., Караченцева В.Е., Караченцев И.Д. Коллективные движения плоских галактик на масштабах 100 Мпк в квадрупольном и октупольном приближениях // Письма в Астрономический журнал. - 2001. - Т. 27, №12. - С. 890-900.

18. Dekel A., Eldar A., Kolatt T., Yahil A., Willick J.A., Faber S.M., Courteau S., Burstein D. POTENT Reconstruction from Mark III Velocities // Astrophysical Journal.-1999.-Vol.522.-P.1-38.

19. Dale D.A., Giovanelli R., Haynes M.P., Campusano L.E., Hardy E., Borgani S. Seeking the Local Convergence Depth: The Abell Cluster Dipole Flow to 200 h^-1 Mpc // Astrophysical Journal Letters.-1999.-Vol.510.-P.11-14.

20. da Costa L.N., Bernardi M., Alonso M.V., Wegner G., Willmer C.N.A., Pellegrini P.S., Maia M.A.G., Zaroubi S. Redshift-Distance Survey of Early-Type Galaxies: Dipoles of the Velocity Field // Astrophysical Journal Letters.-2000.-Vol.537.-P.81-83.

21. Tonry J.L., Blakeslee J.P., Ajhar E.A., Dressler A. The SBF Survey of Galaxy Distances. II. Local and Large-Scale Flows // Astrophysical Journal.-2000.-Vol.530.-P.625-651.

22. Riess A.G., Davis M., Baker J., Kirshner R.P. The Velocity Field from Type IA Supernovae Matches the Gravity Field from Galaxy Surveys // Astrophysical Journal Letters.-1997.-Vol.488.-P.1-6.

23. Lauer T.R., Postman M. The motion of the Local Group with respect to the 15,000 kilometer per second Abell cluster inertial frame // Astrophysical Journal.-1994.-Vol. 425.-P. 418-438.

24. Willick J.A. The Las Campanas Observatory/Palomar 10,000 Kilometer per Second Cluster Survey. II. Constraints on Large-Scale Streaming // Astrophysical Journal.-1999.-Vol. 522.-P. 647-660.

25. Hudson M.J., Smith R. J., Lucey J.R., Branchini E. Streaming motions of galaxy clusters within 12 000 km/s. V. The peculiar velocity field // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.-2004.-Vol. 352.-P. 61-75.

26. Marinoni C., Monaco P., Giuricin G., Costantini B. Galaxy Distances in the Nearby Universe: Corrections For Peculiar Motions // Astrophysical Journal.-1998.-Vol. 505.-P. 484-505.

27. Karachentsev I.D., Karachentseva V.E., Kudrya Y.N., Sharina M.E., Parnovsky S.L. The Revised Flat Galaxy Catalogue // Bulletin of Special Astrophysical Observatory.-1999.-Vol.47.-P.5-185.

28. Willick J.A., Courteau S., Faber S.M., Burstein D., Dekel A., Strauss M.A. Homogeneous Velocity-Distance Data for Peculiar Velocity Analysis. III. The Mark III Catalog of Peculiar Velocities // Astrophysical Journal Supplement Series.-1997.-Vol.109.-P.333-366.

29. Кудря Ю.Н., Караченцева В.Е., Караченцев И.Д., Парновский С.Л. Видимые величины и диаграмма Талли-Фишера для галактик FGC каталога // Письма в Астрономический журнал. - 1997. - Т. 23, №10. - С. 730-735.

30. Karachentsev I.D., Karachentseva V.E., Kudrya Y.N., Makarov D.I., Parnovsky S.L. A list of peculiar velocities of RFGC galaxies // Bulletin of Special Astrophysical Observatory.-2000.-Vol.50.-P.5-38.

31. Karachentsev I.D., Karachentseva V.E., Kudrya Yu.N., Parnovsky S.L. Large-scale streaming of flat galaxies // Astronomische Nachrichten.-1995.-Vol.316,№6.-P.369-380.

32. Караченцев И.Д., Караченцева В.Е., Кудря Ю.Н., Парновский С.Л. Коллективные движения галактик из каталога FGC на масштабах 100 Мпк // Астрономический журнал. - 2000. - Т. 77, №3. - С. 175-187.

33. Шаров П.Ю. Применение метода POTENT к выборке плоских галактик из каталога RFGC // Кинематика и физика небесных тел.-2003.-Т.19,№5.-С.467-476.

34. Парновский С.Л., Гайдамака O.З., Шаров П.Ю. Оценка космологических параметров по пекулярным скоростям плоских галактик каталога RFGC // Кинематика и физика небесных тел.-2004.-Т.20,№2.-С.112-117.

35. Kudrya Y.N., Karachentseva V.E., Karachentsev I.D., Mitronova S.N., Jarrett T.H., Huchtmeier W.K. The bulk motion of flat edge-on galaxies based on 2MASS photometry // Astronomy and Astrophysics.-2003.-Vol.407.-P.889-898.

Анотація

Тугай А.В. Великомасштабні рухи спіральних галактик каталогу RFGC.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук по спеціальності 01.03.02 --- Астрофізика, радіоастрономія. -- Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України, Київ, 2005.

В роботі побудовано вибірку з 1561 плоских спіральних галактик з каталогу RFGC, для котрих існують дані про променеві швидкості та ширини лінії НІ. На її основі визначено величини та похибки параметрів узагальненої залежності Таллі-Фішера у варіанті «лі-нійний діаметр-ширина лінії НІ» та мультипольних моделей колективного руху галактик.

Побудований об'єднаний масив даних про спіральні галактики з каталогів RFGC і Mark III. На основі побудованої залежності Таллі-Фішера у варіанті «світність - ширина лінії НІ» отримані оцінки відстаней і радіальних пекулярних швидкостей галактик двох каталогів.

Показано, що положення близьких надлишків густини (атракторів), що лежать у границях вибірки, не може бути визначеним з використанням мультипольної моделі колективного руху галактик.

Розглянута 4-атракторна модель розподілу густини на масштабі до 200 Мпк і проаналізована її відповідність спостережним даним про великомасштабні рухи галактик. Показано, що дана модель узгоджується з параметрами дипольної складової колективного руху і не узгоджується з параметрами октупольної і квадрупольної складових.

Ключові слова: Галактики, пекулярні швидкості, великомасштабна структура.

Аннотация

Тугай А.В. Крупномасштабные движения спиральных галактик каталога RFGC. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.02 - Астрофизика, радиоастрономия. - Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, 2005.

В работе построена выборка из 1561 плоской спиральной галактики из каталога RFGC, для которых существуют данные о лучевых скоростях и ширинах линии HI. Определены выборки из 1493 и 1501 галактики, которые не очень сильно отклоняются от зависимости Талли-Фишера (на уровне до 3.5). На их основе определены величины и погрешности параметров обобщенной зависимости Талли-Фишера в варианте «линейный диаметр - ширина линии HI» и мультипольных моделей коллективного движения галактик.

Для вышеупомянутой выборки подтверждена статистическая значимость квадрупольной и октупольной составляющих коллективного движения. Для подвыборок с ограничением глубины в 8090 h^-1 Мпк подтвержден эффект сильного уменьшения дипольной составляющей коллективного движения до уровня 1 при включении в рассмотрение октупольной составляющей. Установлена степень неоднородности в скоростях разбегания галактик на расстояниях до 100 Мпк, которая может быть описана тензорной «постоянной Хаббла». Ее максимальное значение достигает 106.81.7% H₀, а минимальное - 95.61.6%H₀. Эти значения связаны с направлениями l=77, b=82 и l=79, b=-8 а также противоположными. Общая картина радиальной скорости коллективного движения характеризуется резким минимумом в направлении l=65, b=-5. В отличие от предыдущих результатов, вектор Р, характеризующий октупольную составляющую и градиент плотности материи оказался статистически значимым.

Построен объединенный массив данных про звездные величины и ширины линии HI галактик каталогов RFGC и Mark III. При этом для галактик RFGC использовались оценки звездных величин, вычисленные на основе угловых диаметров, а для галактик Mark III - данные фотометрии. Получены формулы перевода данных галактик RFGC в систему Mark III. Для объединенного массива данных построена зависимость Талли-Фишера в варианте «светимость - ширина линии HI» и получены оценки расстояний и радиальных пекулярных скоростей. Сравнение полученных расстояний с расстояниями, вычисленными авторами каталогов RFGC и Mark III показало, что они согласуются на масштабе до 70 Мпк, хотя и характеризуются большими погрешностями. Тем не менее, объединенный массив данных может быть использован для исследования крупномасштабных движений галактик.

В рамках мультипольной модели коллективного движения галактик методом компьютерного моделирования исследовалось поле пекулярных скоростей, вызванное одиночным сферически-симметричным аттрактором (избытком плотности). Рассматривались три модели, использующие разложение поля скоростей по расстояниям вплоть до дипольной, квадрупольной и октупольной компоненты. Показано, что положение близких аттракторов, лежащих в пределах выборки, не может быть определено данным методом. Положение же удаленных аттракторов лучше всего характеризуется направлением дипольной компоненты, вычисленной в рамках DQO-модели. Получена оценка угла отклонения дипольной компоненты от аттрактора и расстояния до аттрактора в зависимости от углов отклонения дипольных компонент от аттрактора для трех моделей.

Рассмотрена модель распределения материи на масштабе до 200 Мпк, включающая 4 аттрактора - Великий Аттрактор, сверхскопление Персей-Рыбы, Концентрацию Шепли и скопление в Деве. Установлено, что поле пекулярных скоростей в 4-аттракторной модели соответствует наблюдаемому в дипольной модели и не соответствует в квадрупольной и октупольной модели.

Ключевые слова: Галактики, пекулярные скорости, крупномасштабная структура.

Abstract

Tugay A.V. Large-scale motions of the RFGC spiral galaxies .- Manuscript.

Thesis for Ph.D. degree by the speciality 01.03.02 - Аstrophysics, radioastronomy. - Main astronomical observatory of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2005.

In this thesis a new sample of 1561 flat spiral galaxies from the RFGC catalogue with known radial velocities and HI linewidths was build. It was used to determine values and errors of the parameters of the generalized Tully-Fisher relation in the «linear diameter - HI linewidth» version and multipole models of collective motions of galaxies.

Unified data array was built for spiral galaxies from RGFC and Mark III catalogues. Using the Tully-Fisher «luminosity - HI linewidth» relation we obtained estimations of the distances and the radial peculiar velocities of these galaxies.

It was shown that position of nearby overdensities or so called attractors, that lies inside the sample, cannot be determined with the use of multipole model of collective motions of galaxies.

The density distribution model on 200 Mpc scale with 4 attractors was considered and it's agreement with observational data of large-scale galaxy motions was analyzed. It was shown that this model agrees with parameters of the dipole component of the collective motions and disagrees with parameters of the quadrupole and the octopole components.

Key words: Galaxies, peculiar velocities, large-scale structure.

Размещено на Allbest.ru

...