Введение к работе
Актуальность работы
Одной из актуальных проблем внегалактической астрономии является исследование факторов, регулирующих звездообразование в галактиках различных типов. Прогресс в наблюдательной технике позволяет рассматривать образование звезд на разных стадиях галактической эволюции. В настоящее время активно изучается рождение звезд как на спокойных стадиях эволюции, так и во время т.н. вспышек звездообразования. Одним из ключей к объяснению наблюдаемых свойств галактик и их эволюции является выяснение того, какие механизмы определяют темпы образования звезд на тех или иных пространственных и временных масштабах.
Среди звездных систем диски спиральных галактик поздних типов и неправильные галактики выделяются активным звездообразованием и являются наиболее подходящими объектами для изучения факторов, стимулирующих образование звезд.
В дисковых галактиках на больших масштабах наблюдается несколько переходных структур между газовым диском и скоплениями молодых звезд. К ним можно отнести гигантские газо-звездные комплексы и гигантские молекулярные облака. Газозвездные комплексы содержат в себе по нескольку десятков гигантских молекулярных облаков, в которых происходит рождение звезд, наряду с уже образовавшимися молодыми звездами и их системы небольшого размера. Длительность первого звена в цепочке газовая среда - молодые звезды газо-звездных комплексов, задает скорость звездообразования в галактике в целом.
В качестве основного механизма образования газо-звездных комплексов часто предлагается крупномасштабная дясинсовская неустойчивость газа во вращающемся галактическом диске. В ряде работ было показано, что данный вид неустойчивости действительно оказывает большое влияние на звездообразование в спиральных галактиках. В нашей работе исследуется роль гравитационной неустойчивости газовых дисков с характерными длинами волн возмущения порядка килопарсека, которую будем называть крупномасштабной гравитационной неустойчивостью газа, в эволюции спиральных галактик.
Лишь в последние годы наблюдения галактик дали достаточно материала для проведения подобных исследований. Это делает выполнение работы в выбранном направлении своевременным и актуальным.
Цели и задачи диссертации
Основная цель диссертации - изучение роли крупномасштабной гравитационной неустойчивости газа в эволюции галактик. Первой задачей ставится исследование
связи между данной неустойчивостью и различными проявлениями звездообразования.
Также немаловажной задачей является построение модели эволюции дисков спиральных галактик, в которой учтено действие крупномасштабной гравитационной неустойчивости газового диска галактик как основного механизма, регулирующего темпы звездообразования на больших масштабах. Противоречие этой модели наблюдательным данным означало бы необоснованность исходных предположений о ведущей роли данной неустойчивости, тогда как согласие с ними могло бы подтвердить предположение о гравитационной неустойчивости вращающегося газового диска как основном факторе, дающем толчок звездообразованию в дисках галактик.
Целью данной работы также является изучение следствий существования связи между крупномасштабной гравитационной неустойчивостью галактического газового диска и звездообразованием. Таким следствием, в частности, является связь между содержанием газа на данном расстоянии от центра или в галактике в целом, и динамическими характеристиками диска. Поскольку оценка массы газа зависит от принятого расстояния до галактики, указанная связь позволяет развить оригинальный подход к определению расстояний до галактик и постоянной Хаббла. Одна из задач работы - исследование возможностей такого подхода и применение его к реальным галактикам.
Научная новизна
В диссертации впервые найдена связь между параметром устойчивости газовых дисков галактик по отношению к крупномасштабной гравитационной неустойчивости газовых дисков и относительным содержанием молекулярного водорода в галактиках, которое, в свою очередь, связано с образованием гигантских молекулярних облаков и звездообразованием на больших масштабах.
Предложено четыре новых полуэмпирических метода определения расстояний до спиральных галактик и постоянной Хаббла. Эти методы были применены к тем галактикам, для которых имеются наиболее полные наблюдательные данные. Найденные значения постоянной Хаббла оказываются несовместимыми с длинной шкалой внегалактических расстояний.
В работе впервые рассмотрено предположение о двух модах звездообразования в дисках галактик, одна из которых определяется действием рассматриваемой крупномасштабной гравитационной неустойчивости, тогда как другая не связана с ней. Основываясь на этом предположении, впервые построена самосогласованная модель
эволюции радиальных распределений поверхностных плотностей газа и звезд, химического состава газа н темпов звездообразования.
13 рамках решаемых задач автором были проведены наблюдения семи спиральных галактик ранних типов в линии //„. Для большинства из них радиальные распределения эквивалентной ширины линии получены впервые.
Научная и практическая значимость работы
Сделанные выводы о роли гравитационной неустойчивости вращающегося газового диска в эволюции галактических дисков дополняют наши представления об эволюции галактик. Возможность наблюдения все более ранних стадий эволюции галактик, появившаяся благодаря развитию спутниковой и наземной астрономии, позволяет использовать полученные результаты для изучения условий образования звезд в эпоху активного формирования галактик и протестировать различные механизмы звездообразования. В диссертации рассмотрены ранее не применявшиеся методы определения расстояний до галактик и постоянной Хаббла , что позволяет уточнить наши представления о шкале внегалактических расстояний.
Положат!, выносимые на защиту
-
Показано, что определяющим фактором для темпов звездообразования (на единицу массы газа) и содержания молекулярного газа в дисках спиральных галактик является отношение поверхностной плотности газа к ее критическому значению, соответствующему условию гравитационной неустойчивости вращающегося газового диска, которое зависит от динамических параметров галактики.
-
Найденные зависимости между параметром гравитационной устойчивости <гя/ас и цветом диска (В — V)j, а также радиусом внутренней области, где молекулярный водород преобладает над атомарным, использованы для оценки расстояний до галактик полуэмпирическим методом (с калибровкой по близким галактикам). Показана несовместимость длинной шкалы внегалактических расстояний (Н=50 км/с/Мпк) с наблюдаемыми соотношениями.
-
Обосновано предположение о существовании двух мод звездообразования в дисках галактик. Первая реализуется в областях, где поверхностная плотность газа превышает критическую и характеризуется примерным постоянством эффективности звездообразования. Вторая мода не связана с гравитационной неустойчивостью. Для нее эффективность звездообразования растет с увеличением плотности звездного диска.
-
Рассчитана модель эволюции темпов звездообразования и содержания газа в дисках галактик, исходя из предположения о двух модах звездообразования. Путем подбора модельных параметров, основными из которых являются параметры начальной функции масс (НФМ) звезд в каждой моде, объяснено радиальное распределение плотности газа, содержания тяжелых элементов в газе и темпа звездообразования для ряда галактик с известной кривой вращения. В рамках предложенной модели основное количество маломассивных звезд ( < 1 Mq ) возникает при второй моде звездообразования, не связанной с гравитационной неустойчивостью газового диска.
5. Проведены наблюдения семи галактик типов Sa-Sb с помощью спектрометра с
ПЗС-приемником. Показано, что во внешних областях дисков галактик эквивалент
ная ширина линии На падает с ростом R и характер ее изменения качественно со
гласуется с предлагаемой моделью эволюции звездообразования.
Апробация результатов и публикации
Результаты диссертации обсуждались и докладывались на следующих конференциях и семинарах:
-
Международная конференция "Physics of Gaseous and Stellar Discs of the Galaxy", Нижний Лрхыз, 1993.
-
Между народная конференция "Structure and Evolution of Stellar Systems", Петрозаводск, 13 17 августа 1995.
3."Starbuists: triggering, nature and evolution", Л Summer School at the Centre de Physique des Houches, 1996, Les Ifouches, France.
'1. Рабочие семинары по физике галактик в Государственном Астрономическом Институте им. П.К.Штернберга.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах:
1. Д.В.Визяев, Л.В.Засов, "Постоянная Хаббла и критическая плотность газа в га
лактиках", Астрой. Цирк. 1993, N1553. с.7.
-
A.V.Zasov, D.V.Bizyaev, "Star-Formation Efficiency and Gravitational Stability of Gaseous Discs of Galaxies", in "Physics of Gaseous and Stellar Discs of the Galaxy", ed. by I.King, ASP Conf. Series, 1994, P.73.
-
А.В.Засов, Д.В.Бизяев, "Оценка постоянной Хаббла с использованием критерия гравитационной устойчивости газовых дисков", Письма в Астрои. Журнал, 1996, т.22, с.83.
-
Д.В.Бизяев, "Аргумент против длинной шкалы внегалактических расстояний", Лстрон. Журнал 1997. Т. 74 С. 172.
5. Д.В.Бизяев, "Эволюция дисков галактик: две моды звездообразования", Письма в
Астрои. Журнал 1997 Т.23. с.354.
Личный вклад автора
В работах но изучению зависимости между параметром гравитационной устойчивости и другими характеристиками галактик, а также по определению расстояний до галактик аитору принадлежит подборка, статистическая обработка наблюдательного материала, и анализ результатов. Разработка и расчет модели эволюции галактик выполнены автором самостоятельно. Наблюдения галактик проводились при участии автора. Обработка наблюдений проведена автором с использованием пакетов программ PCVISTA и ORIGIN.
Структура и объем диссертации