Эволюция центральных областей галактик (стр. 3 из 4)

Рис. 5 – Карты эквивалентной ширины (глубины) линий поглощения, полученные для центра спиральной галактики NGC 3623: а) с Мультизрачковым спектрографом MPFS 6-м телескопа БТА. б) командой САУРОН. На средних и правых картах видны красные области – химически выделенное ядро: оно вытянуто в линиях магния и компактно в линиях железа. Изофотами показано распределение поверхностной яркости звезд.

Химически выделенные ядра в галактиках были открыты нами (Сильченко О.К., Афанасьев В.Л., Власюк В.В. Астрономический журнал, т. 69, с. 1121, 1992) при первых пробных наблюдениях со спектрографом интегрального поля MPFS (Multi-Pupil Fiber Spectrograph – Многозрачковый Волоконный Спектрограф) на 6-м телескопе БТА. В 1989 г. самый первый вариант этого спектрографа был закончен профессором В.Л. Афанасьевым. Прибор поместили в прямой фокус БТА и сняли 12 ярких галактик, выбранных почти наугад. И сразу в 7 из 12 галактик мы обнаружили химически выделенные ядра – эквивалентная ширина линии магния была большой в ядрах и скачком падала на 1–2 ангстрема буквально в «шаге» от ядра, на угловом расстоянии 2" - 3" от центра. Среди этих первых галактик с химически выделенными ядрами были одна эллиптическая, три линзовисных и три спиральные Sa – Sb. С тех пор я упорно продолжала искать химически выделенные ядра с помощью спектроскопии интегрального поля на 6-м телескопе; за эти годы сменилось три модификации спектрографа MPFS, и каждый следующий был чувствительнее и совершеннее предыдущего. В результате удалось обнаружить несколько десятков близких галактик с химически выделенными ядрами.

В настоящее время подошла к успешному завершению программа поиска выделенных ядер в близких линзовидных галактиках. Это самый ранний тип дисковых галактик; они имеют большие балджи и красный цвет. По цвету линзовидные галактики похожи на эллиптические, и всегда считалось, что они состоят исключительно из старых звезд, старше 10 млрд.. лет. На сегодня исследовано 56 объектов, выбранных из разных типов окружения – скоплений, групп и совсем разреженного «поля». Это позволило проверить известную гипотезу о том, что плотное окружение стимулирует по крайней мере внешний «запуск» секулярной эволюции. Сравнив свойства звездного населения, возраст и металличность, в ядрах и в их ближайшем окружении, в кольце между радиусами 3" и 7", по моим расчетам принадлежащем балджу, я обнаружила следующее: средний возраст ядер – 5 млрд. лет в галактиках поля и 8 млрд. лет в галактиках в плотном окружении, а средний возраст балджей – 9 и 14 млрд. лет. При этом средняя металличность ядер обычно в 2 – 3 раза выше, чем в непосредственно примыкающих к ним участках балджей. То есть в большой выборке близких линзовидных галактик обнаружены эволюционно выделенные ядра, образовавшиеся, очевидно, гораздо позже, чем балджи (во вторичной вспышке звездообразования). Разница в средних возрастах ядер в галактиках в плотном и в разреженном окружении может быть объяснена тем, что в плотном окружении ядерная вспышка звездообразования протекала более эффективно и закончилась в более короткие сроки, чем в ядрах изолированных галактик.

Заканчивая представление этого нового и любопытного феномена – химически выделенных ядер галактик, я хочу показать пример такого ядра, где видно все, чего мы можем ожидать от околоядерного звездного диска, образовавшегося внутри балджа дисковой галактики во вторичной вспышке звездообразования. В феврале 2000 г. мы с В.Л. Афанасьевым наблюдали спиральную галактику типа Sa NGC 3623 на MPFS БТА и построили карты эквивалентной ширины линий поглощения водорода, магния и железа для площадки 16"x15", которая покрывалась одной экспозицией MPFS. А в конце марта 2000 г. эта же галактика наблюдалась на Канарских островах со спектрографом САУРОН, у которого поле зрения побольше, чем у MPFS. По результатам наблюдений команды САУРОН удалось измерить все спектральные параметры на площадке 43"x43". Результаты замечательно согласуются: у галактики NGC 3623 химически выделенное ядро. В линии магния оно выглядит, как компактный диск, наклоненный с ребра, радиусом 6", вытянутый с севера на юг, а в линии железа – это компактное (неразрешенное) центральное сгущение. Значит, длительность вторичной вспышки звездообразования менялась вдоль радиуса околоядерного диска.

В галактике NGC 3623 мы видим полную картину последствий вторичной ядерной вспышки звездообразования, находящуюся в согласии с теоретическими предсказаниями моделей секулярной эволюции галактик.

Внутренние полярные кольца

Все механизмы секулярной эволюции галактик приводят к «стеканию» газа в центр галактики. А вот однозначно ли из этого следует центральная вспышка звездообразования? Д. Фридли и В. Бенц (1993) отвечают: нет, только если газ изначально вращался в ту же сторону, что и звезды. А если газ «контрвращался», то есть вращался навстречу звездам, то он в процессе стекания к центру выходит из плоскости галактики и стабилизируется во вращающемся, сильно наклоненном околоядерном кольце, не добираясь до самого центра галактики. Откуда может взяться газ, вращающийся навстречу звездам? Самый распространенный ответ: из соседней галактики, у которой момент направлен в другую сторону по сравнению с галактикой, на которую натек газ (при аккреции момент вращения сохраняется). Опять же, поставка контрвращающегося газа возможна при малом слиянии, которые считаются «дежурным» моментом эволюции дисковых галактик, в том числе нашей собственной Галактики. Например, происхождение толстого звездного диска в нашей Галактике связывают с малым слиянием – поглощением спутника. Галактики с глобальными газовыми дисками, вращающимися противоположно звездам, известны в ближайших окрестностях нашей Местной Группы – например, красивая регулярная спиральная галактика NGC 4826, где весь газ дружно меняет направление вращения на расстоянии 1кпк от центра. Случись с NGC 4826 какая-нибудь встряска, внутренняя или внешняя, и из этого контрвращающегося газового диска тут же образуется внутреннее сильно наклоненное кольцо. В процессе поиска химически выделенных ядер в близких галактиках мы «просмотрели» методом двумерной спектроскопии пару десятков спиральных галактик, и в пяти из них обнаружили внутренние полярные кольца из ионизованного газа: в пределах нескольких сотен парсек от центра газ вращался в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения звезд. Это совершенно неожиданное открытие. Многие западные коллеги до сих пор еще не верят нашим результатам!

Рис. 6 – Спиральная галактика NGC 4826: по виду галактики никто не мог предположить, что внешний газ диска вращается навстречу звездам. Фото Дж. Глиссена (обсерватория Кит-Пик)

В принципе, большие полярные кольца, размером с саму галактику, были известны и раньше. Это галактики с полярными кольцами – очень редкий вид пекулярных объектов. Но мы обнаружили внутренние полярные кольца в обычных спиральных галактиках, в которых внешний газ вращается нормально, в плоскости симметрии галактики и вместе со звездами.

Три из этих пяти галактик расположены в весьма «разреженных» окрестностях и рядом с ними нет «никого, с кем можно было бы повзаимодействовать». Как у них могла образоваться система из вложенных друг в друга, взаимно перпендикулярных газовых дисков? Пока загадка. Занимаясь в последние годы статистикой параметров звездных населений в центрах линзовидных галактик, мы выделили подвыборку таких галактик с внутренними полярными газовыми кольцами. На первых порах нам помогли снимки КТХ: для многих близких галактик в архиве этого телескопа в свободном доступе лежат изображения центральных областей, снятые с уникальным пространственным разрешением.

Я отобрала те объекты, где видны пылевые кольца, перпендикулярные большой оси изофот распределения поверхностной яркости, – такие, например, как на известном снимке SB0-галактики NGC 2787. Пыль и газ обычно в галактиках тесно связаны. Мы предположили, что если есть пылевые полярные кольца, с большой вероятностью должны быть и газовые. И действительно, во всех 8 S0-галактиках, где КТХ «увидел» полярные пылевые полосы, мы с помощью двумерной спектроскопии на MPFS БТА заметили сильно наклонённое к основному диску кольцо ионизованного газа. Еще одну, девятую, S0-галактику с внутренним полярным кольцом, NGC 2732, мы нашли случайно (в архиве КТХ для нее снимка не оказалось). Как и для других S0-галактик, для подвыборки с внутренними полярными кольцами мы определили средний возраст звездного населения в ядрах – и он оказался больше 12 млрд. лет!