Фізичні властивості малонаселених груп галактик Місцевого надскупчення

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

Мельник Ольга В'ячеславівна

УДК 524.7

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МАЛОНАСЕЛЕНИХ ГРУП ГАЛАКТИК МІСЦЕВОГО НАДСКУПЧЕННЯ

Спеціальність 01.03.02 - Aстрофізика, радіоастрономія

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в НДЛ “Астрономічна обсерваторія” кафедри астрономії та фізики космосу фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Вавилова Ірина Борисівна, Інститут космічних досліджень НАНУ та НКАУ, старший науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Пілюгін Леонід Степанович, Головна астрономічна обсерваторія НАН України, провідний науковий співробітник;

кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Новосядлий Богдан Степанович, Астрономічна обсерваторія Львівського національного університету імені Івана Франка, провідний науковий співробітник.

Провідна установа:Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків.

Захист відбудеться “20” квітня 2007 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН України за адресою:ГАО НАНУ, 03860 МСП, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 27.

Початок засідань о 10 годині.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ГАО НАНУ за адресою: ГАО НАНУ, 03860 МСП, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 27.

Автореферат розіслано “16” березня 2007 р.

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

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дослідження фізичних властивостей груп галактик становлять особливий інтерес для сучасної астрофізики в силу їхнього тісного зв'язку з такими важливими проблемами як еволюція галактик та оцінка внеску і розподілу темної матерії на малих масштабах. Одним із пояснень різноманітності спостережуваних форм, фізичних характеристик і розподілу галактик є різні умови народження і подальшої еволюції галактик, адже відомо, що властивості галактик корелюють з їх оточенням. Оскільки такі важливі характеристики груп галактик як маса і світність займають проміжне місце між аналогічними характеристиками для скупчень та ізольованих галактик, дослідження груп галактик є окремою ланкою в розумінні впливу густини оточення на властивості галактик.

Внесок та розподіл прихованої матерії в групах галактик вивчають за обчисленням відношення маса-світність, порівнюючи спостережні дані з передбаченнями моделювання. Головним джерелом даних про розподіл темної матерії на масштабах 0.1 - 1 Мпк є віріальні оцінки мас груп галактик. Розкид оцінки надлишку віріальної маси для типової групи сягає декількох порядків, тому найбільш прийнятними є визначення середніх або медіанних значень віріальних мас (та інших характеристик) по статистичному ансамблю, хоча і в цьому випадку маємо значимі розходження результатів. Однією з причин цієї невизначеності є вибір алгоритму відбору галактик в групи, оскільки всі критерії відбору мають свої недоліки. Тому актуальним є не тільки всебічне визначення фізичних характеристик однієї вибірки галактик, а й порівняння властивостей груп галактик, виявлених різними методами. З одного боку, - це порівняння властивостей груп однакової чисельності, які входять до каталогів, сформованих за принципово різними підходами, з другого боку, - це застосування різних методів кластеризації до одного й того самого каталогу галактик та порівняння властивостей отриманих груп.

Такий всебічний аналіз фізичних, тобто кінематичних, динамічних, морфологічних, конфігураційних, відношення маса-світність, часу перетину системи, показників кольору та інших властивостей, а також порівняння даних теоретичного моделювання та спостережень дозволяє виявити спільні риси малонаселених груп галактик, вміст темної матерії на малих масштабах та їхню роль в еволюції Всесвіту.

Головною вибіркою груп галактик в дисертаційному дослідженні слугувала нова вибірка груп галактик Місцевого надскупчення (МН) [20]. Завдяки накопиченню нових спостережних даних про швидкості галактик МН, відкриттю нових галактик слабкої світності за останні роки дослідження будови та кінематики МН галактик стало актуальною задачею позагалактичної астрономії, спрямованої на вивчення будови Всесвіту і великомасштабного розподілу матерії у ньому.

Зазначені чинники обумовили виконання дисертаційної роботи, яка зосереджена на дослідженнях фізичних властивостей малонаселених груп галактик МН. Головні результати роботи опубліковано в статтях [1-6].

Зв'язок з науковими програмами, планами та темами. Дослідження було проведене в НДЛ “Астрономічна обсерваторія” кафедри астрономії та фізики космосу фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка (бюджетні теми - “Великомасштабна структура Всесвіту і характеристики позагалактичних об'єктів” 2001 - 2005 рр., номер держреєстації 0101U000996, та “Структура Всесвіту та теоретичні моделі релятивістських астрофізичних об'єктів” 2006 - 2010 рр., номер держреєстації 06БФ051-13, а також проект Державного фонду фундаментальних досліджень № Ф7/267-2001 “Будова та кінематика Місцевого надскупчення галактик”).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є всебічний аналіз фізичних властивостей малонаселених груп галактик МН у порівнянні з іншими вибірками груп та ізольованих галактик для встановлення закономірностей між різноманітними характеристиками галактик, виявлення впливу оточення на еволюцію галактик та характеру присутності темної матерії на масштабах 0.1 - 1 Мпк. Для її досягнення були поставлені такі задачі:

- розробити тривимірний метод виявлення груп галактик та застосувати його до каталогу галактик МН [20]. Порівняти властивості отриманих груп з групами, виявленими динамічним методом Караченцева [21].

- обчислити та всебічно проаналізувати дані про кінематичні, динамічні, морфологічні, конфігураційні властивості, а також відношення маса-світність, час перетину системи, показники кольору, активність галактик різноманітних вибірок триплетів, малонаселених груп (чисельністю до 10 галактик) та ізольованих галактик;

- порівняти отримані характеристики груп галактик зі спостережуваних вибірок з даними теоретичних передбачень інших авторів і зробити висновки щодо характеру присутності темної матерії на масштабах малонаселених груп.

Об'єктами дослідження в дисертації є еволюція галактик та їх груп, вміст і розподіл темної матерії на масштабах 0.1 - 1 Мпк.

Предметами дослідження є вибірки малонаселених груп галактик.

В дисертації було використано такі методи дослідження: геометричний тривимірний метод виявлення груп галактик різної чисельності, що використовує розбиття простору на т. зв. комірки Вороного, запропонований вперше; методи оцінки мас галактик та визначення конфігурацій триплетів; метод мометнів інерції для визначення форм груп; методи статистичного аналізу даних, зокрема лінійний регресійний аналіз, критерій Фішера, критерій Стьюдента.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше запропоновано та розроблено метод виявлення груп галактик, який використовує розбиття простору на т. зв. комірки Вороного (геометричний 3-D метод мозаїки Вороного) з перемасштабуванням відстаней до галактик з метою уникнення селекційних ефектів вибірки відносно слабких за світністю галактик.

Вперше всебічно проаналізовано закономірності фізичних властивостей спостережуваних малонаселених груп галактик МН, які були виділені з найбільш повного сучасного каталогу галактик МН [20] у порівнянні з раніше відомими вибірками Таллі [23], Широких триплетів [22], Північних та Південних триплетів [24, 25], Взаємодіючих триплетів та галактик у групах з каталогу Воронцова-Вельямінова [26], а також з ізольованими галактиками [20, 28].

Показано, що різницю окремих фізичних характеристик для вибірок триплетів, що розглядалися, можна пояснити різними критеріями відбору цих систем. У самих малонаселених групах (3-10 галактик) прослідковується ефект Дресслера [27]: в областях вищої концентрації галактик спостерігається більше галактик ранніх типів, ніж в областях низької концентрації галактик. Виявлено, що наявність активних галактик у взаємодіючих групах пов'язана з їх населеністю: чим більше компонентів в групі, тим менше галактик з ультрафіолетовим (УФ) надлишком вони містять, а частота зустрічаємості галактик ранніх типів (E/S0) зі зростанням кількості компонентів групи, навпаки, збільшується. Ці дані можуть бути спостережними свідченнями на користь моделі поетапного злиття галактик.

Виявлено, що індивідуальні відношення маса-світність галактик в триплетах не залежать від вибірки та не відрізняються від відповідних значень для ізольованих галактик M₂₅/L ~ 5 М/L. Відношення віріальної маси триплету до сумарної маси його галактик складає 7 - 40 у залежності від вибірки. Медіанне відношення віріальна маса-світність для триплетів МН дорівнює 35 М/L, що узгоджується з оцінками <M_vir/L> та <M_orb/L> для еталонної вибірки близьких груп Місцевого об'єму (31 та 34 М/L) [32]. На основі конфігураційного аналізу триплетів та порівняння передбачень методів статистичного моделювання динаміки триплетів з нашими результатами обчислення відношення віріальна-сумарна маса показано, що спостережні дані свідчать швидше на користь гіпотези про приховані маси в гало галактик, що входять у потрійні системи, ніж на користь гіпотези про розподіл темної матерії у всьому об'ємі триплету, за вийнятком тісних груп галактик.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблений тривимірний метод виявлення груп галактик, який містить у собі геометричний спосіб розбиття простору на комірки Вороного, можна використовувати для різних каталогів галактик з метою виявлення просторових структур. Метод зручний у використанні, оскільки вимагає знання тільки координат галактик та їх променевих швидкостей.

Опрацьовано та оновлено велику кількість даних про індивідуальні характеристики галактик та ансамблеві характеристики груп галактик, які можна використовувати для побудови теоретичних моделей еволюції галактик.

Результати виконаної роботи доцільно включити у плани спостережних програм. Зокрема, вимірювання прямих відстаней до компонентів груп галактик МН будуть корисні для більш точної оцінки віріальних мас; виявлення нових більш слабких членів груп поповнять каталог галактик МН; спостереження рентгенівських корон надасть можливість отримання додаткової інформації про розподіл темної матерії у гало галактик (групах галактик).

Особистий внесок здобувача. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 6 статтях [1-6], з яких одна [5] виконана і написана автором самостійно. В роботах [1-3, 6] автор приймала активну участь у постановці задач, аналізі отриманих результатів та написанні статтей, виконувала всі необхідні розрахунки. В роботі [4] автор приймала активну участь у аналізі отриманих результатів та написанні тексту статті, виконувала всі необхідні розрахунки. В роботі [2] автор брала участь у розробці програмного забезпечення для реалізації геометричного 3-D методу мозаїки Вороного.

Апробація результатів дисертації. Результати доповідалися і обговорювалися на таких конференціях:

· 3 Міжнародна конференція пам'яті Г. Вороного з аналітичної теорії чисел і просторових мозаїк, 2003 р., Київ, Україна;

· “Астрономічна школа молодих вчених ім. Г. Гамова”, 2003 р., Одеса, Україна;

· Меморіальна конференція, присвячена 100-річчю з дня народження Г. Гамова: “Астрофізика та космологія після Гамова”, 2004 р., Одеса, Україна;

· “Астрономічна школа молодих вчених”, 2004 р., Біла Церква, Україна;

· Всеросійська астрономічна конференція ВАК - 2004 “Горизонты Вселенной”, 2004 р., Москва, Росія;

· 11 та 13 Міжнародні конференції молодих вчених “Астрономія і фізика космосу”, 2004 та 2006 рр., Київ, Україна;

· 34 Міжнародна студентська наукова конференція “Физика космоса”, 2005 р., Єкатеринбург, Росія;

· JENAM - 2004, 13 Об'єднана Європейська та Національна конференція “The many scales in the Universe”, 2004 р., Гранада, Іспанія;

· IV Міжнародна конференція “Релятивістська астрофізика, гравітація і космологія”, 2004 р., Київ, Україна;

· Меморіальна міжнародна конференція “Astronomy and Space Physics at Kyiv University”, присвячена 100-річчю з дня народження С. К. Всехсвятського та 160-річчю Астрономічної обсерваторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка, 2005 р., Київ, Україна;

· Конференція “Фізика небесних тіл”, присвячена 60-річчю Кримської астрофізичної обсерваторії, 2005 р., с. Наукове, АР Крим, Україна;

· 13 Міжнародна конференція “Women in Engineering and Science” (ICWES - 2005), Сеул, Корея.

· 79 Щорічна наукова конференція Німецького астрономічного товариства “The many facets of the universe - Revelations by New Instruments”, 2005 р., Кьольн, Німеччина;

· 36 Наукова асамблея КОСПАР, 2006 р., Пекін, Китай;

· 26 Генеральна Асамблея Міжнародного астрономічного союзу, симпозіум №235 “Galaxy Evolution across the Hubble time”, 2006 р., Прага, Чехія; а також на семінарах відділу астрофізики АО КНУ, астрофізичному семінарі САО РАН та на об'єднаному астрофізичному семінарі АО КНУ, ГАО НАНУ та ІТФ НАНУ.

Публікації. Результати дисертацій опубліковано у 6 статтях у фахових журналах [1 - 6] та у 13 збірниках тез конференцій [7 - 19].

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 217 найменувань. Повний обсяг дисертації становить 148 сторінок тексту, у т. ч. 44 рисунки та 25 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі cформульовано актуальність, мету, основні задачі роботи, наукову новизну, відзначено практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі подано огляд літератури, де висвітлено як історичний аспект і сучасні дані щодо досліджень основних властивостей груп галактик, виявлення їхніх закономірностей та оцінок відношення маса-світність, які є необхідними для встановлення внеску і розподілу темної матерії на різних масштабах, так і огляд застосування окремих методів відбору галактик у групи.

Оригінальні результати подано в розділах 2 - 4.

У другому розділі детально подано розроблений тривімірний метод для виявлення угрупувань галактик різної населеності в об'ємі надскупчення, що використовує розбиття простору на комірки Вороного (далі - геометричний 3-D метод мозаїки Вороного). Показано, що метод достатньо простий у використанні, враховує всі галактики вибірки МН, тобто не потребує обмеження вибірки галактик за видимою зоряною величиною, зокрема як ієрархічний та перколяційний методи. Це означає, що при застосуванні методу можна використовувати каталог з невідомою функцією світності галактик. Тестування методу проводилося за допомогою порівняння різних властивостей отриманих груп (далі - групи МЕВ) з групами, які виявлені за допомогою динамічного методу Караченцева [21] (далі - групи МК) з одного і того самого каталогу галактик МН [20].

3-D метод мозаїки Вороного - геометричний метод, який ідентифікує області з підвищеною щільністю галактик у порівнянні з фоном та вимагає знання лише положень галактик у просторі. Суть методу полягає у тому, що весь простір, який містить галактики, розбивається на елементарні об'єми (у нашому випадку розміром 10 км/с). Ті з них, які розташовані ближче до даної галактики, ніж до інших, утворюють об'єм комірки Вороного цієї галактики V. Сама галактика є ядром цієї комірки. Близькі галактики, які мають об'єм комірки менше, ніж деякий критичний, утворюють групу. Цей метод уперше був застосований до вибірки галактик МН [20].

Досліджувана вибірка галактик МН, що створена за допомогою бази даних LEDA, містить близько 7000 галактик з променевими швидкостями менше 3100 км/с. Вибірка є суттєво неоднорідною, - існує селективність вибірки за глибиною відносно слабких за світністю галактик МН. Для уникнення цієї селективності було запропоновано “штучне” перемасштабування відстані у такий спосіб, щоб концентрація галактик із зростанням відстані змінювалась за степеневим законом із таким самим показником , як і для повного однорідного каталогу:

(1)

Враховувалися різні параметри кластеризації: б (0.01 %, 0.1 %, 1 %) - частка галактик, які мають відносний об'єм комірки Вороного менший за критичний для випадкового розподілу; = 0, що відповідає однорідному розподілу галактик, = 0.7, що близький до млинцевоподібного розподілу галактик.

Після застосування процедури перемасштабування, за формулою (1), було визначено відносні об'єми комірок Вороного , де <V> - середнє значення об'єму комірки Вороного для всіх галактик МН. Інтегральний розподіл відносних об'ємів для вибірки галактик МН при різних параметрах б і було порівняно з випадковим розподілом відносних об'ємів комірок тієї ж кількості галактик.

Виявилося, що реальні розподіли для двох параметрів в суттєво відрізняються від випадкового, але слабко відрізняються між собою. Значення параметрів б = 0.01 %, 0.1 %, 1 % відповідають граничним значенням x_lim = 0.115, 0.1825, 0.297. Кількість кластеризованих галактик при цьому складає 36 %, 47 %, 58 % (для параметрів в ці значення відрізняються тільки у десятих долях проценту, тому вважалося, що кількість кластеризованих галактик майже не залежить від цього параметру). Таким чином, галактики набували статус “некластеризованих”, якщо відносний об'єм їх комірки більший за визначений граничний об'єм комірки Вороного.

У такий спосіб було виявлено кластеризовані галактики МН. Групи галактик визначалися як сукупність кластеризованих галактик, відстань між якими менше характерного R радіуса найбільшої комірки , де d = 10 км/с - оптимально вибраний розмір елементарного об'єму МН. Для порівняння, - у групах МК міститься 53 % кластеризованих галактик.

Проведене порівняння властивостей груп МЕВ при різних параметрах б і в з групами галактик МК показало, що найбільша відносна кількість груп МЕВ збігається з групами МК при б = 0.1 % та 1 % : при обох значеннях параметрів в частка спільних груп складає 22 %.

В табл. 1 подано розраховані медіанні значення кінематичних та віріальних характеристик малонаселених груп галактик МЕВ і МК чисельністю від 4 до 10 компонентів, де N_gr - число груп у вибірці, S_v - середня квадратична швидкість галактик в групі, км/с; R_h - середньогармонійний радіус групи, кпк; R_m - максимальна відстань між галактиками групи, ф - безрозмірний час перетину системи в одиницях габблівського часу 1/H₀, постійна Габбла H₀ = 75 км/(сМпк), M_vir - віріальна маса, M; L - світність, L; M_vir/L - відношення віріальної маси до світності, M/ L.

Таблиця 1 Медіани кінематичних та віріальних характеристик груп

Вибірка	Ngr	Sv	Rh	Rm	ф	lg(Mvir)	lg(L)	Mvir/L
б=0,01%; в=0	191	35	180	599	0.79	11.76	10.36	32
б=0,1%; в=0	217	43	238	753	0.80	11.96	10.38	48
б=1%; в=0	230	44	261	855	0.86	12.10	10.41	54
б=0,01%; в=0.7	176	32	230	706	1.07	11.72	10.35	27
б=0,1%; в=0.7	226	34	240	757	1.02	11.83	10.32	34
б=1%; в=0.7	225	40	265	863	1.01	12.03	10.37	48
МК	238	58	183	642	0.48	12.24	10.52	50

З табл. 1 можна бачити, що медіанні значення груп МЕВ, такі як S_v, M_vir, L, M_vir/L, є систематично меншими відповідних значень груп МК. Однак, більші значення мають такі фізичні параметри - R_h, R_m та ф.

Дослідження властивостей отриманих груп галактик МЕВ (при б = 0.1 %; в = 0.7) та МК від 4 до 10 компонентів показало, що вони подібні: слабкі ефекти селекції параметрів S_v та R_h за відстанню однаково виявляються для цих груп; параметр S_v не залежить від R_h, залежності відношень M_vir/L від R_h дуже слабкі, залежності відношень M_vir/L від кількості галактик у групі для обох вибірок подібні; форми груп та їх морфологічний склад також добре узгоджуються між собою.

Результати даного розділу опубліковані в роботах [1-3] та обговорювалися на конференціях [7, 17-19].

У третьому розділі подано результати всебічного аналізу фізичних властивостей різноманітних вибірок триплетів галактик, а саме порівняння кінематичних, морфологічних та конфігураційних властивостей, часу перетину системи, а також показників кольору триплетів галактик МН з іншими вибірками потрійних систем, які відібрані з відомих каталогів та списків різними методами відбору галактик в групи. А саме: триплети МН [1] - динамічним методом, Широкі [22] - перколяційним, Таллі [23] - ієрархічним, Північні [24] та Південні [25] триплети і Взаємодіючі [26] візуальними методами (критерій ізольованості та критерій взаємодії галактик, відповідно). За глибиною вибірки розглянуті триплети відрізняються: МН, Широкі та триплети Таллі - це вибірки, обмежені за об'ємом; крім цього, вибірки Широких та триплетів Таллі обмежені за видимою зоряною величиною. Вибірки Північних та Південних триплетів і Взаємодіючих обмежені тільки видимою зоряною величиною, тому ці вибірки досить глибокі.

Виявлено, що за середньогармонійним радіусом R_h триплети галактик МН займають проміжне значення між компактними Північними та Південними триплетами й Взаємодіючими та досить “розрідженими” системами Таллі й Широкими. Максимум в розподілах за R_h для Взаємодіючих триплетів і Північних та Південних припадає на мінімальні значення в розподілі систем МН, а у вибірках Таллі та Широких триплетів, навпаки, на найбільші значення. Найтіснішими групами є Взаємодіючі триплети (характерна відстань між галактиками порядку розміру галактики - 28 кпк). Триплети Таллі та Широкі мають найбільші медіанні значення середньогармонійного радіусу (269 кпк та 396 кпк, відповідно). Триплети МН мають найменшу середню квадратичну швидкість S_v серед всіх вибірок - 30 км/с, в той час як компактні Північні та Південні й Взаємодіючі триплети втричі більше (біля 90 км/с), проміжне значення S_v мають триплети галактик Таллі та Широкі (55 та 66 км/с, відповідно).

Окрім того, виявлено, що компактні триплети - системи, які в процесі еволюції вже здійснили декілька рухів навколо центру мас, про що свідчить мале значення часу перетину системи ({ф}_1/2 = 0.09 та 0.04, відповідно, для компактних Північних та Південних і Взаємодіючих систем). Слабкозв'язані (розріджені) групи - динамічно більш молоді системи і їх стан ще далекий від віріалізації ({ф}_1/2 = 0.66 для Широких і триплетів Таллі, {ф}_1/2 = 0.87 для триплетів МН).

Отже, триплети МН мають найбільше медіанне значення часу перетину системи, але також мають найбільший розкид значень цього параметру. Обмежуючи вибірку за часом перетину системи (ф < 1 та ф < 0.2), виявлено, що зі зменшенням часу перетину збільшується медіанне значення середньої квадратичної швидкості та зменшується значення середньогармонійного радіуса: чим менше ф, тим ближче система до віріальної рівноваги, тобто тим більше перетинів здійснили галактики, які входять до триплету. Крім того, зі зменшенням часу перетину характеристики триплетів МН стають схожими з компактними Північними та Південними і Взаємодіючими триплетами (тобто, компактні триплети, вибрані візуальними методами, можуть бути окремим випадком триплетів, відібраних за тривимірним динамічним методом).

За морфологічним складом дуже чітко розділяються близькі вибірки і далекі - в близьких вибірках МН, Таллі, та Широких триплетів відносна кількість галактик ранніх типів (E/S0) є меншою, ніж в інших вибірках. Тут може проявлятися ефект селекції, - на великих відстанях важко розрізнити спіральну структуру галактик. Найбільша відносна кількість галактик найпізнішого типу (неправильних галактик та карликів Sdm/Irr) характерна для вибірки МН, де вибірка не обмежувалася видимою зоряною величиною, відносна кількість ранніх типів досить мала. Цікавою особливістю є також те, що зі зменшенням часу перетину триплетів МН (група наближається до стану віріальної рівноваги) збільшується відносна кількість галактик ранніх морфологічних типів і при ф < 0.2 стає такою ж, як і для Північних та Південних систем. Найбільшу кількість галактик ранніх типів має вибірка Взаємодіючих триплетів. Ізольовані галактики з каталогу Караченцевої (КІГ) [28] та з МН містять досить малу відносну кількість галактик ранніх типів (0.19 та 0.11, відповідно). Отже, тут ми бачимо прояв ефекту Дресслера [27]: в областях високої концентрації галактик спостерігається більше галактик ранніх типів, ніж в областях низької концентрації галактик.

Загалом, певну різницю характеристик для п'яти вибірок триплетів, що розглядалися, можна пояснити за рахунок різних критеріїв відбору цих систем.

Досліджено також конфігураційні властивості спостережуваних триплетів галактик, використовуючи діаграму Агекяна-Аносової [29], а також метод конфігураційних параметрів [30, 31]. Для вибірки триплетів МН встановлено статистично значимий надлишок ієрархічних конфігурацій (коли дві галактики знаходяться близько одна від одної, а третя на значній відстані від них). Вибірки Взаємодіючих, Північних і Південних триплетів галактик не показують подібного надлишку. Показано, що отримані результати свідчать про те, що для динамічно молодих систем, якими є більшість триплетів МН, більше підходить модель прихованої маси, зосередженої в гало окремих галактик, а для компактних триплетів - модель прихованої маси, зосередженої в об'ємі триплету.

Аналіз показників кольору галактик у триплетах у порівнянні з ізольованими галактиками КІГ та МН виявив, що галактики у триплетах є значно червонішими, ніж ізольовані. Відмінності в показниках кольору можна пояснити за рахунок різного морфологічного складу вибірок.

В цьому розділі також подано результати щодо виявлення особливостей тісних груп (від 3 до 8 компонентів), які містять взаємодіючі галактики з каталогу Воронцова-Вельямінова [26]. Зокрема показано, що взаємодіючі галактики в групах характеризуються підвищеним вмістом галактик ранніх типів у порівнянні з ізольованими галактиками та “одиночними” пекулярними галактиками, а також вони є червонішими у порівнянні з цими вибірками. У вибірках взаємодіючих галактик і пекулярних галактик значно більше галактик з УФ-надлишком, ніж в ізольованих галактиках. Наявність активних галактик у взаємодіючих групах пов'язана з їх населеністю, а саме, чим більше компонентів в групі, тим менше галактик з УФ-надлишком вони містять, при цьому частота зустрічаємості E/S0 галактик зі зростанням кількості компонентів групи, навпаки, збільшується.

Результати даного розділу опубліковані в роботах [1, 5, 6] та обговорювалися на конференціях [8 - 12, 14].

У четвертому розділі подано результати аналізу оцінок відношення маса-світність M₂₅/L для різних вибірок ізольованих галактик та компонентів триплетів, а також відношення віріальна маса-світність триплету як цілого M_vir/L та відношення віріальної маси триплету до суми індивідуальних мас компонентів M_vir/M₂₅ (M₂₅ - маса галактики, обчислена за шириною лінії НІ у межах стандартного діаметру галактики у межах ізофоти 25^m/?” у B - смузі). Розглянуто також відношення маса-світність для триплетів в залежності від типу їх конфігурації. Подано оцінки відношення маса-світність для взаємодіючих галактик в групах.

Виявлено, що значення медіанного відношення M₂₅/L для ізольованих галактик та для компонентів триплетів дорівнюють, відповідно: 4.3 для ізольованих КІГ, 4.9 для ізольованих МН, 4.8 для компонентів триплетів МН, 4.2 для Північних і Південних, 4.9 для Широких триплетів, 4.2 для триплетів Таллі. Наведені оцінки свідчать, що належність галактики до тісної чи широкої потрійної системи не обумовлює відмінність її відношення маса-світність M₂₅/L від M₂₅/L ізольованої галактики того ж типу. З іншого боку, спостерігається слабке зменшення значень медіан M₂₅/L від ранніх морфологічних типів галактик до пізніх для розглянутих вибірок.

Табл. 2 містить дані про віріальні маси та сумарні маси триплетів, що обчислені як сума індивідуальних мас галактик трилетів. У стовпчиках табл. 2 вказані медіанні значення характеристик триплетів для різних вибірок: середня променева швидкість триплету <V_LG> в км/с, кількість триплетів N_tr, частка (%) галактик ранніх E/S0 та пізніх Sm/Irr морфологічних типів, середня квадратична швидкість S_v в км/с, проекційний середньогармонійний радіус триплету R_h в кпк, відношення віріальна маса-світність M_vir/L_tr, відношення сумарної маси триплету галактик до його сумарної світності M₂₅/L_tr, відношення віріальної маси до сумарної маси триплету M_vir/M₂₅ (оцінки маси та світності подано у сонячних одиницях).

Таблиця 2 Медіанні значення характеристик потрійних систем галактик

Вибірка триплетів	<VLG>	Ntr	E/S0	Sm/Irr	Sv	Rh	Mvir/Ltr	УM25/Ltr	Mvir/УM25
МН	2040	173	18	22	30	159	35.2	4.7	7.1
Півн. та Півд.	4702	83	27	7	96	54	50.2	4.8	10.0
Широкі	1940	37	26	16	66	396	173.4	4.9	40.4
Таллі	1395	56	23	20	56	269	111.3	5.1	24.0

З даних табл. 2 випливає, що медіани відношень УM₂₅/L_tr для всіх вибірок практично однакові та дорівнюють 5 М/L. Це не сильно відрізняється від значень {M₂₅/L}_1/2 як для окремих компонентів триплетів, так і для ізольованих галактик. Відзначимо також, що ці величини не залежать від глибини вибірки. Головне, що значення {M_vir/УM₂₅}_1/2 для різних вибірок триплетів відрізняються істотно. Якщо для узгодження з віріальною масою сумарну масу потрібно збільшити в 7 разів для триплетів МН, то для Широких триплетів галактик це відношення складає 40 разів, незважаючи на однакову глибину вибірок. Ці відмінності не можна пояснити ефектами селекції, пов'язаними з глибиною чи морфологічним складом вибірки.

З табл. 2 також можна бачити, що триплети МН мають медіанну оцінку M_vir/L_tr = 35 М/L, практично таку саму, як і еталонні групи (Місцева група галактик та найближчі до неї): <M_vir/L> = 31 М/L та <M_orb/L> = 34 М/L [32]. Існування темних корон навколо галактик, які мають розміри в 5 - 10 раз більші за стандартний діаметр А₂₅, може пояснити наші оцінки M_vir/L_tr для триплетів МН і Північних та Південних. Однак, при характерних розмірах триплетів R_h ? 50 - 150 кпк, ці індивідуальні гало повинні перекриватися та займати весь об'єм, в якому міститься потрійна система. Що стосується вибірок триплетів Таллі і Широких, то навіть існування таких потужних корон не може пояснити величини віріального надлишку маси (111 - 173 М/L). Ми порівняли отримані значення віріальних та індивідуальних мас з передбаченнями моделювання [33]. А саме, якщо прихована маса міститься переважно у загальному гало триплету, то повинно спостерігатися збільшення прихованої маси в об'ємі триплету зі зростанням дисперсії мас компонентів. Ми не знайшли очікуваної кореляції для жодної з вибірок. Показано, що модель індивідуальних гало для триплетів галактик МН та Північних і Південних краще пояснює наші результати, ніж модель прихованої маси, яка розподілена в об'ємі триплету.

Отримані дані також свідчать, що відношення маса-світність залежить від конфігурації триплету галактик. У вибірках потрійних систем величини, які характеризують ієрархічну конфігурацію, майже завжди менші, ніж для інших конфігурацій, найбільші величини характеристик притаманні лагранжевій і/або лінійній конфігурації.

З дослідження значень відношення віріальна маса-світність для вибірки взаємодіючих галактик в групах від 3 до 8 компонентів випливає, що зі зростанням населеності групи збільшується середня квадратична швидкість групи, її маса, світність, відношення віріальна маса-світність. Сумарна світність Взаємодіючих триплетів більша за світність інших потрійних систем, тому значення {M_vir/L_tr}_1/2 для цих систем менше (19 М/L), ніж для триплетів МН та Північних і Південних, і набагато менше, ніж для триплетів Таллі та Широких (див. табл. 2).

Результати даного розділу опубліковані в роботах [1, 4 - 6] та обговорювалися на конференціях [13 - 16, 19].

ВИСНОВКИ

У дисертації виконано дослідження фізичних властивостей, тобто кінематичних, динамічних, морфологічних, конфігураційних, а також відношення маса-світність, часу перетину системи, показників кольору, активності малонаселених груп галактик Місцевого надскупчення (МН) у порівнянні з іншими вибірками груп та ізольованих галактик. У якості вибірок порівняння було використано вибірки триплетів Таллі [23], Широких триплетів [22], Північних та Південних триплетів [24, 25], Взаємодіючих триплетів та галактик у групах з каталогу [26], ізольованих галактик [20, 28]. Дослідження було спрямоване на встановлення закономірностей між різноманітними характеристиками галактик, виявлення впливу оточення на еволюцію галактик та характеру присутності темної матерії на масштабах 0.1 - 1 Мпк.

Основні результати дисертаційної роботи є такі:

1. Вперше запропоновано метод виділення груп галактик з використанням розбиття простору на комірки Вороного (геометричний 3-D метод мозаїки Вороного), що включає в себе оригінальний спосіб перемасштабування відстаней до галактик з метою уникнення селекційних ефектів вибірки відносно слабких за світністю галактик. Виконано порівняння отриманих груп з групами, виділеними за допомогою динамічного метода Караченцева [21], використовуючи один і той самий каталог галактик МН [20]. Повністю всіма компонентами співпадає 22% груп галактик, виділеними цими методами. Основні фізичні характеристики малонаселених груп (4-10 галактик) добре узгоджуються між собою в межах середніх квадратичних відхилень. Будучи простим у використанні, запропонований тривимірний метод мозаїки Вороного може бути корисним при попередньому дослідженні структури надскупчень та за відсутності повної інформації щодо індивідуальних характеристик галактик.

2. Вперше виконано всебічий аналіз фізичних характеристик малонаселених груп галактик та виявлено низку закономірностей між їхніми властивостями. Встановлено кореляцію між динамічним станом триплету галактик та його морфологічним складом, як і зв'язок між морфологічним складом, населеністю, активністю та показниками кольору взаємодіючих галактик в групах. Зокрема, галактики у триплетах є більш червоними, ніж ізольовані галактики, ці відмінності викликані саме морфологічним складом вибірок. В компактних триплетах вміст галактик ранніх типів є вищим, ніж у вибірках слабкозв'язаних триплетів, що свідчить про прояв ефекту Дресслера [27]. Наявність активних галактик у взаємодіючих групах пов'язана з їх населеністю: чим більше компонентів в групі, тим менше галактик з УФ-надлишком вони містять, а частота зустрічаємості E/S0 галактик зі зростанням кількості компонентів групи, навпаки, збільшується. Ці дані можуть слугувати спостережними свідченнями на користь моделі поетапного злиття галактик та модифікації морфологічного типу галактик протягом еволюції групи.

3. Встановлено вміст і розподіл темної матерії на масштабах малонаселених груп (0.1 - 1 Мпк), а саме:

· медіанне відношення віріальна маса-світність для триплетів МН дорівнює 35 М/L, що знаходиться в досить гарному узгодженні з оцінками <M_vir/L> та <M_orb/L> для еталонної вибірки близьких груп Місцевого об'єму (31 та 34 М/L, відповідно [32]).

· Індивідуальні відношення маса-світність галактик в триплетах не залежать від вибірки та не відрізняються від відповідних значень для ізольованих галактик M₂₅/L ~ 5 М/L. Тоді як триплети різних вибірок показують суттєве розходження між віріальною та сумарною масами ({M_vir/УM₂₅}_1/2 = 7 для триплетів МН, 10 - для Північних та Південних триплетів, 24 - для триплетів Таллі, 40 - для Широких триплетів). Ці відмінності не можна пояснити ефектами селекції, пов'язаними з глибиною чи морфологічним складом вибірки.

· На основі конфігураційного аналізу триплетів та порівняння передбачень методів статистичного моделювання динаміки триплетів з нашими результатами обчислення відношення віріальна-сумарна маса показано, що для динамічно “молодих” триплетів МН більше підходить гіпотеза про приховані маси, які зосереджені у гало окремих галактик. Гіпотеза про приховані маси, які зосереджені в загальному гало триплету, більше підходить до компактних систем, якими є Взаємодіючі триплети та частина Північних та Південних триплетів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Опубліковані праці за темою дисертації

1. Вавилова И. Б., Караченцева В. Е., Макаров И. Д., Мельник О. В. Триплеты Местного сверхскопления. I. Кинематические и вириальные свойства // Кинем. и физ. неб. тел. - 2005. - Т. 21, №1. - С. 3 - 20.

2. Мельник О. В., Элыив А. А., Вавилова И. Б. Структура Местного сверхскопления галактик, выявленная трехмерным методом мозаики Вороного // Кинем. и физ. неб. тел. - 2006. - Т. 22, №4. - С. 283 - 296.

3. Vavilova I., Melnik O. Voronoi tessellation for galaxy distribution // Mathematics and its Applications. - 2005. - Vol. 55. - P. 203 - 212.

4. Караченцева В. Е., Мельник О. В., Вавилова И. Б., Макаров Д. И. Триплеты галактик Местного Сверхскопления. 2. Вириальные и суммарные массы // Кинем. и физ. неб. тел. - 2005. - Т. 21, №3 - С. 217 - 230.

5. Мельник О.В. Взаимодействующие галактики в малонаселенных группах // Письма в Астрон. журн. - 2006. - 35, №5. - C. 302 - 307.

6. Мельник О. В., Вавилова И. Б. Триплеты галактик Местного cверхскопления. 3. Конфигурационные свойства // Кинем. и физ. неб. тел. - 2006. - Т. 22, № 6. - С. 422 - 431.Тези конференцій

7. Vavilova I., Melnik O. Voronoi tessellation as a tool for studying the Large-scale structure of the Universe // Abstracts of Voronoi Conference on Analytic Number Theory and Spatial Tessellations. - Kyiv. - 2003. - P. 51.

8. Вавилова И. Б., Караченцева В. Е., Макаров Д. И., Мельник О. В. Кинематические и морфологические свойства триплетов галактик // Тезисы докладов на Всеросийской астрономической конференции ВАК-2004 “Горизонты Вселенной”. Труды государственного астрономического института им. П. К. Штенрберга. - Москва. - 2004. - Т. LXXV. - C. 105.

9. Karachentseva V. E., Makarov D. I., Melnik O.V., Vavilova I. B. Morphology and configurations of triple systems of galaxies in the Local Supercluster // Abstracts of Gamow memorial international conference dedicated to 100-th anniversary of George Gamow“ Astrophysics and cosmology after Gamow - Theory and observations”.- Odessa, “Astroprint”. - 2004. - P. 54

10. Мельник О. В., Вавилова И. Б., Караченцева В. Е., Макаров Д. И. Физические свойства триплетов галактик Местного Сверхскопления // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції “Астрономічна школа молодих вчених”. - Біла Церква: Київський інститут післядипломної освіти. - 2004.- С. 30.

11. Karachentseva V.E., Melnik O.V., Vavilova I. B., Makarov D. I. Morphology and configurations of triple systems of galaxies in the Local Supercluster // Abstracts of 11th Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics. - Kyiv, Ukraine.- 2004. - P.88.

12. Melnik O.V., Vavilova I. B., Karachentseva V. E., Makarov D. I. Kinematical and morphological properties of triple systems of galaxies in the Local Supercluster // Abstracts of 13th Joint European and National Astronomical Meeting “The many scales in the Universe”, (JENAM-2004), Granada, Spain. - 2004 - P. 77.

13. Мельник О. В. Индивидуальные и вириальные массы триплетов галактик // Труды 34-й Международной студенческой научной конференции “Физика космоса”. - Екатеринбург. Изд. Уральского унив-та. - 2005. - С. 256.

14. Melnyk O. V. Interacting Galaxies in Small Galaxy Groups // Astron. Nachr. - 2005. - Vol. 326, № 5. - P. 501 - 502.

15. Karachentseva V.E., Melnyk O.V., Vavilova I.B., Makarov D.I. Virial and total masses of galaxy triplets in the Local Supercluster // Astron. Nachr. - 2005. - Vol. 326, № 5. - P. 502.

16. Karachentseva V.E., Melnyk O.V., Vavilova I. B., Makarov D. I. Total and virial masses of galaxy triplets // Тези Меморіальної міжнародної конференції “Astronomy and Space Physics at Kyiv University”, присвяченої 100-річчю з дня народження С. К. Всехсвятського та 160-річчю АО КНУ імені Тараса Шевченка. - Київ: КНУ ім. Т. Шевченка. - 2005. - С. 81.

17. Melnyk O., Elyiv A. Definition of Galaxy Groups via Voronoi Tesselation // Abstracts of 13th Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics. - Kyiv, Ukraine. - 2006. - P. 79.

18. Melnyk O.V., Elyiv A.A., Vavilova I. B. 3-D Voronoi's tessellation as a tool for identifying galaxy groups // Abstracts of the XXVIth IAU General Assembly, №. 235 “Galaxy Evolution across the Hubble time” - Prague, Czech Republic. - 2006. - P. 45.

19. Vavilova I. B., Karachentseva V.E., Melnіk O.V., D. I. Makarov. Local Supercluster of galaxies: kinematics, morphology, virial and total masses of galaxies and groups of galaxies // Abstracts of the 13th International conference “Women in Engineering and Science”. - Seoul, Korea. - 2005. - P. 279.

Цитована література

20. Makarov D.I., Karachentsev I.D. A new catalogue of multiple galaxies in the Local Supercluster // ASP Conf. Ser. - 2000. - Vol. 209. - P. 40 - 46.

21. Karachentsev I.D. Criterion for bound groups of galaxies. Application to the Local Volume // Astron. and Astrophys. Trans. - 1994. - Vol. 6. - P. 1 - 35.

22. Трофимов А.В., Чернин А.Д. Широкие триплеты галактик и проблема скрытых масс // Астрономический журнал. - 1995. - Т. 72, № 3. - 308 - 317.

23. Tully R.B. Nearby galaxies catalog. II. An All-Sky survey within 3000 kilometers per second // Astrophys. J. - 1987. - Vol. 321. - P. 280 - 304.

24. Караченцева В.Е., Караченцев И.Д., Лебедев В.С. Изолированные триплеты галактик: полная сводка лучевых скоростей и редуцированные данные // Изв. Спец. астрофиз. обсерватории. - 1987. - Т. 26. - С. 42 - 54.

25. Караченцева В.Е., Караченцев И.Д. Южные изолированные триплеты галактик // Астрон. журн. - 2000. - Т. 77, № 8, С. 569 - 590.

26. Vorontsov-Velyaminov B. A., Noskova R.I., Arkhipova V.P. The catalog of interacting galaxies by Vorontsov-Velyaminov // Astron. and Astrophys. Trans. - 2001.- Vol. 20. - P. 717 - 959.

27. Dressler A. Galaxy morphology in rich clusters - Implications for the formation and evolution of galaxies // Astrophys. J. - 1980. - Vol. 236, № 1. - P. 351 - 365.

28. Караченцева В. Е. Каталог изолированных галактик // Сообщ. САО. - 1973. - № 8. - С. 3 - 72.

29. Агекян Т.А., Аносова Ж. П. Исследование динамики тройных систем методом статистических испытаний // Астрон. журн. - 1967. - Т. 44, № 6. - С. 1261 - 1272.

30. Аносова Ж.П., Иванов А.В., Киселева Л.Г., Орлов В.В., Трофимов А.В., Чернин А.Д. Конфигурации триплетов галактик // Астрон. журн. - 1993. - 70, № 5. - С. 943 - 952.

31. Киселева Л.Г., Орлов В.В. Конфигурационные характеристики моделированных и наблюдаемых триплетов галактик // Сообщ. Спец. астрофиз. обсерватории. - 1989. - № 60. - С. 23 - 28.

32. Karachentsev I.D. The Local Group and other neighboring galaxy groups // Astron. J. - 2005. - Vol. 129, № 1. - P. 178 - 188.

33. Аносова Ж. П., Киселева Л. Г., Орлов В. В., Чернин А. Д. Скрытая масса в триплетах галактик // Астрон. журн. - 1992. - Т. 69. - № 3. - С. 461 - 468.

АНОТАЦІЯ

Мельник О. В. Фізичні властивості малонаселених груп галактик Місцевого надскупчення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.02 - Астрофізика, радіоастрономія. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2007 р.

У дисертації досліджено фізичні властивості малонаселених груп галактик Місцевого надскупчення. Розроблено 3-D метод мозаїки Вороного для виокремлення груп галактик, що містить у собі оригінальний спосіб перемасштабування відстаней до галактик з метою уникнення селекційних ефектів вибірки відносно слабких за світністю галактик. Виявлено закономірності фізичних властивостей груп галактик. Зокрема показано, що виявлений зв'язок між морфологічним складом, населеністю, активністю та показниками кольору взаємодіючих галактик в групах та триплетах характеризує еволюційний стан групи та є спостережним свідченням на користь моделі поетапного злиття галактик. Виявлено, що індивідуальні відношення маса-світність галактик в триплетах не залежать від вибірки та не відрізняються від відповідних значень для ізольованих галактик M₂₅/L ~ 5 М/L. Відношення віріальної маси триплету до сумарної маси його галактик складає 7 - 40 у залежності від вибірки. Показано, що фізичні властивості груп безпосередньо залежать від початкового каталогу галактик та методу відбору галактик в групи. Отримані дані свідчать швидше на користь гіпотези про приховані маси в гало галактик, що входять у потрійні системи, ніж на користь гіпотези про розподіл темної матерії у всьому об'ємі триплету, крім тісних груп галактик.

Ключові слова: галактики, групи галактик, Місцеве надскупчення галактик

ABSTRACT

Melnyk O. V. Physical properties of the sparsely populated galaxy groups in the Local Supercluster. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 01.03.02 - Astrophysics, Radio Astronomy. Main astronomical observatory of the NAS of Ukraine, Kyiv, 2007.

The thesis deals with the study of physical properties of the sparsely populated galaxy groups in the Local Supercluster. 3-D Voronoi's tessellation method for identifying groups of galaxies was developed. It includes the original way of overscaling distances to galaxies with the purpose to avoid the selection effects as concerns with galaxies of a weak luminosity. Various regularities of the physical properties of galaxy groups are revealed. The dependence between morphological content, population, activity and color indices of interacting galaxies in groups and triplets was revealed, which characterizes the evolutionary status of group and can be evidence in favor of the model of hierarchical merging. It was found that individual mass-to-luminosity ratio of galaxies in triplets does not depend from the sample and does not differ from the corresponding values of isolated galaxies M₂₅/L ~ 5 М/L . Ratio of triplet's virial mass to the sum of individual mass of its components depends on sample and is equal to 7 - 40. It is shown that physical properties of groups depend exactly on initial galaxy catalog and method of galaxy identification into groups. The obtained results argue in favor of the model that a hidden mass is concentrated in the halo of individual galaxies, which is a part of triple system, rather than the model of a hidden mass concentrated in the triplet's volume, except the compact galaxy groups.

Key words: galaxies, groups of galaxies, Local Supercluster.

АННОТАЦИЯ

Мельник О. В. Физические свойства малонаселенных групп галактик Местного сверхскопления. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.02 - Астрофизика, радиоастрономия. - Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 2007 г.

В диссертации исследованы физические, т.е. кинематические, динамические, морфологические, конфигурационные, а также отношение масса-светимость и другие свойства малонаселенных групп галактик Местного сверхскопления (МС) в сравнении с другими выборками групп и изолированных галактик.

Разработан и применен алгоритм выделения групп галактик с использованием разбиения пространства на ячейки Вороного (геометрический 3-D метод мозаики Вороного). Он включает в себя оригинальный способ перемасштабирования расстояний до галактик, позволяющий избежать эффектов селекции относительно слабых по светимости галактик выборки. Проведено сравнение физических свойств полученных групп с группами, которые были выявлены динамическим методом Караченцева, используя один и тот же каталог галактик МС. Показано, что полностью всеми компонентами совпадает 22% груп. Основные физические свойства групп хорошо согласуются между собой в пределах средних квадратичных отклонений.

...