Transcript Гравитационная устойчивость и оценка массы звездных дисков

Засов А.В.,
Сабурова А.С.
ГАИШ МГУ



- ключ к изучению динамической эволюции и
истории звездообразования галактики
- необходимое звено в изучении волновых
процессов в газо-звездном диске
- возможность оценки равновесной плотности
газового диска





--Декомпозиция кривой вращения
--Анализ фототометрических / спектрофотометрических
данных на основе эволюционных моделей звездного
населения
--использование условия распространения спиральных
волн плотности и/или оценок амплитуды возмущенных
скоростей газа
-- использование кинематических характеристик (кривая
вращения, профиль дисперсии скоростей) для
построения самосогласованных моделей
-- использование условия устойчивости к возмущениям в
плоскости диска и изгибным возмущениям
Звездный (звездно-газовый) диск должен быть устойчив к
гравитационным возмущениям в плоскости диска и к
изгибным возмущениям в перпендикулярном
направлении.
Предположению о граничной (маржинальной)
устойчивости диска позволяет получить
верхний предел массы (плотности) диска
ПЕРВЫЕ РАБОТЫ:
Засов, 1985, Засов, Морозов, 1985, Bottema, 1993



Оценить радиальную шкалу плотности и
толщину диска на различных расстояниях от
центра;
Найти оценку относительной массы диска и
гало;
По известной дисперсии скоростей газа –
определить толщину газового слоя и
азимутально усредненное значение плотности
газа в плоскости диска
“Классический” критерий Toomre
 QT = 1,
 Модифицированный критерий Toomre
 QT = 2Ω/κ

Критерий Морозова
QT = (2Ω/κ)(1+FM (Cr, Ω, κ, dσ/dr, ∆*, dCr/dr, dΩ/dr)

Критерий Поляченко-Поляченко-Стрельникова
 QT = FP(dlnΩ/dlnr)

с
Qc(2h)≈1,5
h
Результаты численного моделирования N тел с различными
параметрами гало.
Хоперсков, Засов, Тюрина 2003
Три неизвестных: Cr, C, Cz.
Cobs = (Cz2cos2i+C2sin2i cos2+Cr2sin2i sin2)1/2
Cr /C = 2 /  (эпициклическое приближение)
Cz/Cr=0,4-0,7
Cz
C
Cr
К наблюдателю
ПРИМЕР ГАЛАКТИКИ НОРМАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ :
М33
Метод, основанный на условии
существования спиральной
структуры:
Mhalo/Mvisible=0,83
Декомпозиция кривой вращения:
Mhalo/Mvisible=1,4-2,5
Фотометрический метод:
Mhalo/Mvisible=2,1
Метод, основанный на критерии
гравитационной устойчивости:
Mhalo/Mvisible=1,6
M33,
Maximum disc
120
Vtot
Vbulge
Vdisc
Vhalo
Observed V(R)
100
Halo
80
V, km/s
Disc
60
Vtot
Vbulge
Vdisc
Vhalo
Observed V(R)
100
80
V, km/s
M33,
Minimum disc
120
60
40
40
20
20
Disc
0
0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
R, kpc
Оценки массы диска различаются вчетверо!
6
R, kpc
8
10
Сравнение оценки, полученной, исходя из критерия маржинальной
устойчивости звездного диска, с фотометрическими оценками (по
модели Bell, de Jong 2001) для М33.
Фотометрическая оценка
получена по распределению
цвета (B-V) для центральной
части
Фотометрическая оценка
получена по распределению
цвета (H-K) для периферии.
Оценки, полученные методом, основанным на
условии маржинальной устойчивости, для М33.
Расстояние от
центра
Масса диска
Масса гало
Mhalo/Mvisible
9,7 кпк
1,6
17 кпк
4,5
Галактики низкой яркости
Malin2
Модели популяционного синтеза со
стандартной НФМ
M*/LR=0,5-3
Bell, de Jong 2001
Моделирование максимального
диска для LSB-галактик (по кривой
вращения)
M*/LR=1-14
Kuzio de Naray et al. 2007, de Blok, Bosma
2002
Метод, основанный на гравитационной устойчивости
Дисперсия скоростей – по Pizzella et al
Радиальные профили (M/LR)disc. Черные и зеленые точки соответствуют круговым
скоростям, померенным по газу и звездам и условию локальной устойчивости диска.
Красной пунктирной линией показано (M/LR)disc, полученное исходя из моделирования
популяционного синтеза Bell, de Jong 2001. Сабурова, 2011
Галактики с динамически «перегретыми» дисками имеют красный цвет.
Звездочками показаны галактики в парах, горизонтальная линия
соответствует уровню, выше которого оценка плотности заведомо
завышена.
Засов, Хоперсков, Сабурова 2011
Сравнение оценок, полученных, исходя из критерия маржинальной
устойчивости звездных дисков, с фотометрическими оценками
Звездочками показаны галактики в парах.
Засов, Хоперсков, Сабурова 2011
Барионная зависимость Тулли-Фишера (галактики с Md/Mt>1
исключены из рассмотрения).
Засов, Хоперсков, Сабурова 2011
Верхние пределы масс дисков, маржинально
устойчивых на расстоянии R=2h, были получены
для выборки из 121 галактики с имеющимися в
литературе распределениями скоростей звезд.
Для большинства галактик 0,5≤Md/Mtot≤0,8
Засов, Хоперсков, Сабурова 2011
РАДИАЛЬНЫЕ ПРОФИЛИ ПОЛУТОЛЩИНЫ ∆* И ПЛОТНОСТИ
(В ПЛОСКОСТИ ДИСКА) ДЛЯ HI (зел), Н2 (красн)
И ЗВЕЗДНОГО ДИСКА (черн),
Zasov, Abramova,
2007
M33, M51, M81, M199, M101, M106, MW
Zasov, Abramova, 2007
Программа наблюдений на БТА
Участники:
Афанасьев А.Л.
Засов А.В.
Катков И.Ю.
Моисеев А.В.
Хоперсков А.В.
Черепащук А.М.
Засов, Хоперсков,
Катков in prep.



Критерий маржинальной гравитационной устойчивости
может быть использован для оценки поверхностных
плотностей и масс дисков и газовых слоёв – как для
нормальных галактик, так и для галактик низкой яркости.
Оценки масс дисков, полученные этим методом для
большинства галактик позднего типа и некоторых S0галактик, хорошо согласуются с фотометрическими
оценками, что свидетельствует об отсутствии в них
сильного динамического перегрева (по крайней мере на
R=2h).
Красные галактики со слабым звездообразованием часто
обладают избыточной дисперсией скоростей, что, повидимому является результатом их динамического нагрева
«извне».
Спасибо за внимание!