lec.9.1

Лекция 9. Движение Солнца в пространстве и остаточные скорости звезд

9.1 Скорость Солнца относительно разных типов объектов

Брадлей в 1742 году обнаружил, что средние собственные движения звезд почти по всему небу отличны от нуля и параллельны некоторому определенному направлению в пространстве. Естественно рассматривать это явление как результат движения Солнца относительно близких к нему звезд. Изучение движения Солнца в пространстве явилось исторически первой задачей по исследованию звездной кинематики.

Точка на небесной сфере, к которой направлено движение Солнца, называется апексом движения Солнца, или просто апексом, а диаметрально противоположная ей точка на небесной сфере - антиапексом. Само движение Солнца относительно окружающих его звезд носит название движения к апексу. Составляющую собственного движения звезд, вызванную движением Солнца к апексу, иногда называют, как уже говорилось в одной из предыдущих лекций, вековым параллаксом.

Можно рассматривать движение Солнца к апексу относительно всех наблюдаемых звезд, или же относительно звезд, отобранных по какому-либо признаку. В пространстве нет выделенной системы отсчета, относительно которой можно было бы определить движение Солнца. Чтобы определить систему отсчета, вводят понятие центроида группы объектов. Центроид задается всеми объектами рассматриваемой группы, а скоростью центроида считается средняя скорость движения этих объектов. Каждый из объектов, входящий в рассматриваемую группу (в том числе Солнце), имеет свою, так называемую пекулярную или остаточную скорость относительно центроида этих объектов. Очевидно, что сумма скоростей всех объектов относительно их центроида равна нулю. Центроид можно определить как точку, занимаемую Солнцем, движущуюся относительно его же со скоростью, равной средней скорости объектов в данном элементарном макроскопическом объеме пространства. Этот объем должен быть достаточно велик, чтобы в него попадало много объектов, но при этом составлять малую долю объема всей звездной системы. Понятие центроида применимо к любой точке объема Галактики. При таком определении понятия центроида звездная система приобретает свойство непрерывности, а скорости центроидов определяют ее поле скоростей .

Движение Солнца относительно центроида визуально ярких звезд до 5^m - 6^m, среди которых встречаются как близкие звезды, так и далекие гиганты и сверхгиганты, получило название стандартного движения Солнца. Округленные значения сферических экваториальных координат точки неба, в которую направлен вектор остаточной скорости Солнца (координаты стандартного апекса) приняты равными A=18^h, D=+30°, а величина скорости движения к апексу равна V₀ = 19.5 км/с. Соответствующие координаты стандартного апекса в галактической системе координат есть L = 56°, B = +23°. Компоненты скорости Солнца в галактической системе координат получим по формулам: Отсюда возможно и обратное преобразование: Для стандартного апекса в галактической системе координат имеем: u₀ = -10.2км/с, v₀ = +15.1 км/с, w₀ = +7.4 км/с.

Кроме <стандартного> выделяют так называемое основное движение Солнца, относя его к центроиду близких (в пределах, например, 25 пк от Солнца) звезд главной последовательности. Оно определяется следующими величинами: V₀ = 15.5 км/с, L = 45°, B = +24°. Определение движения Солнца относительно этой группы звезд более обосновано, чем определение движения относительно разнородной совокупности ярких звезд.

Наконец, движение Солнца относительно центра инерции Галактики получится прибавлением к основному движению Солнца линейной скорости вращения Галактики на солнечном галактоцентрическом расстоянии, с которой, по предположению, движется центроид окружающих Солнце близких звезд.

Определить движение Солнца относительно избранного центроида нетрудно по лучевым скоростям объектов, определяющих центроид. Если известны расстояния до объектов, компоненты движения Солнца можно определить и по собственным движениям. Для определенности возьмем объектами нашей выборки звезды, хотя скорость Солнца можно определять и относительно звездных скоплений, отдельных газовых облаков, планетарных туманностей и других объектов.

Пусть единственной, кроме остаточной скорости звезды, составляющей движения является отражение движения Солнца в пространстве. Тогда для лучевых скоростей и собственных движений можно записать: В выражениях (9-3) в правых частях штрихами обозначены остаточные компоненты скорости звезды, которые для больших объемов выборок должны согласно определению центроида в среднем компенсироваться. Поэтому можно принять их равными нулю и использовать выражения (9-3) для получения оценок величин компонентов движения Солнца в пространстве методом наименьших квадратов.

Движение Солнца в пространстве, как величина, определяющая систему отсчета скоростей в Галактике, неоднократно определялось разными авторами относительно различных центроидов. В таблице 9-1 приведены некоторые из этих определений, взятые из работ различных исследователей. В первом столбце таблицы указаны объекты, относительно которых определено пространственное движение Солнца, а в шести последующих - величина этого движения.

Центроид V¤ км/с L¤ град B¤ град u¤ км/с v¤ км/с w¤ км/с Круговые орбиты 18.5 - - -8.5 14.8 (7.0) Области HII - - - -7.5 13.1 (7.0) B0V 19 57 21 -9.6 14.5 6.7 F0V 17 44 25 -11.1 10.8 7.2 G0V 26 56 15 -14.5 21.1 6.4 K5V 25 68 14 -9.5 22.4 5.8 K0III 22 60 17 -10.6 18.6 6.5 δ Cep 17 54 27 -8.6 12.0 7.6 O-B5 I 17 56 13 -9.0 13.4 6.5 Межзвездный CaII 20 52 24 -11.4 14.4 8.2 Рассеянные скопления 22 70 22 -7.0 19.5 8.2 Субгиганты 36 75 15 -8.0 28.0 8.0 Белые карлики 38 81 12 -6.0 37.0 8.0 Субкарлики 150 93 1 8 150 3 RR Lyr 225 90 6 0 225 25 Шаровые скопления 182 87 2 -10 182 6

Для наименьших значений движения Солнца (первые шесть строк таблицы 9-1) ошибки каждого компонента составляют (1 - 2) км/c, для остальных - несколько больше. Хорошо видно, что движение Солнца в пространстве разделяет объекты Галактики по кинематическим признакам на две подсистемы. К первой подсистеме относится большинство звезд окрестностей Солнца с умеренными скоростями, к этой же подсистеме относятся рассеянные звездные скопления и зоны HII, при этом более старые объекты показывают несколько большее движение. Очень сильно от этих подсистем отличаются по кинематическим признакам шаровые звездные скопления, звезды типа RR Лиры и субкарлики. Отметим, что межзвездная среда по кинематическим характеристикам не отличается от большинства звезд окрестностей Солнца.

Отдельно рассмотрим определение скорости Солнца относительно звезд с круговыми галактическими орбитами. Дело в том, что имеется способ однозначно, независимо от выборки объектов определить точку отсчета скоростей в окрестности Солнца, связав ее с круговой скоростью движения в Галактике, определив ее как скорость движения по круговой орбите на расстоянии Солнца от центра Галактики. У звезд, движущихся по орбитам близким к круговым, остаточные скорости должны быть близки к нулю. Для определения движения Солнца относительно центроида звезд, движущихся по круговым орбитам, необходимо создать большую выборку звезд и постепенно удалять из нее звезды с большими остаточными скоростями. В первой строке таблицы 9-1 движение Солнца было определено по выборке ОВ-звезд окрестностей Солнца (около 450 звезд), половина из которых была удалена как имеющая наибольшие остаточные скорости относительно среднего значения. Такой выбор базового центроида фиксирует систему отсчета к наиболее молодым близким звездам поля, которые, по предположению, должны двигаться по круговым орбитам, как и межзвездная среда, из которой они образовались. (Последнее утверждение верно лишь приблизительно, поскольку, как будет отмечено ниже, основная масса близких ОВ-звезд принадлежит движущемуся относительно круговой скорости на солнечном галактоцентрическом расстоянии Поясу Гулда.) Одновременно и остаточные скорости самых разных объектов можно изучать относительно одного центроида, связанного физически с Галактикой в целом.

Движение Солнца в пространстве определяет систему отсчета скоростей в окрестностях Солнца, так называемую локальную систему покоя (английская аббревиатура - LSR).

Публикации с ключевыми словами: звездная астрономия Публикации со словами: звездная астрономия
См. также: К 100-летию со дня рождения Петра Григорьевича Куликовского Лекции по Галактической Астрономии. 5–8 Лекции по Галактической Астрономии. 3–4 Лекции по Галактической Астрономии. 1–2 Будущие космические эксперименты и перспективы развития звездной астрономии