Измерение формы темного гало галактик с полярными кольцами

    Согласно наиболее популярным космологическими представлениям, основная часть массы галактик сосредоточена в гало темной материи. Величину этой массы можно измерить в рамках тех или иных модельных предположений, анализируя доступный наблюдательный материал, например, распределение скорости вращения на больших расстояниях от центра (кривую вращения). Значительно сложнее оценить форму темного гало в конкретной галактике, т.е. понять сферично ли оно, сплюснуто или трехосно. Более-менее уверенные доказательства того, что форма гало отлична от сферической, имеются лишь для нашей Галактики. В большинстве остальных случаев приходится довольствоваться косвенными оценками и статистическими закономерностями. В то же время, расчеты показывают, что форма гало может рассказать нам об истории формирования галактик, а также служить тестом для современных космологических моделей.
    В галактиках с полярными кольцами (ГПК) наблюдаются внешние кольца или диски из газа, пыли и звезд, вращающиеся в плоскости примерно перпендикулярной к диску центральной галактики. Считается, что образование ГПК, в большинстве случаев, вызвано слиянием галактик с соответствующим направлением момента вращения, аккрецией хозяйской галактикой вещества спутника или газовых облаков из межгалактической среды. Благодаря такой уникальной структуре этих галактик, можно попытаться понять форму гравитационного потенциала, сравнивая кривые вращения, измеренные сразу в двух плоскостях - в центральном диске и в полярном кольце. Предложения использовать эту возможность высказывались уже многократно. Более того, статистическое сравнение максимальных скоростей вращения полярных колец и светимостей центральных галактик указывает на заметную сплюснутость темных гало. Но точные оценки этого параметра в отдельных объектах получались с большой неопределенностью и противоречили друг другу. Прежде всего, потому, что для таких измерений необходимо не только хорошо знать геометрию системы (точные наклоны диска и кольца к лучу зрения и друг к другу), но также иметь надежные данные о движении звездного населения во внешних областях галактик, имеющих относительно низкую яркость.
    Кинематика звезд в двух ГПК из нового каталога SPRC (Moiseev et al. 2011) изучалась на 6-м телескопе САО РАН. С помощью многорежимных спектрографов SCORPIO и SCORPIO-2 были получены распределения лучевых скоростей и дисперсии скоростей звезд в SPRC-7 и SPRC-33 (NGC 4262). Вращение газа в кольце SPRC-7 также изучалось на 6-м телескопе с прибором SCORPIO (поле скоростей, полученное А.В.Моисеевым, опубликовано в статье Brosch et al. 2010), а для NGC 4262 использовалась ранее опубликованные данные Oosterloo et al. (2010), изучавших вращении нейтрального водорода на радиотелескопе WSRT. Кроме данных о движения газа и звезд, детальная модель галактик включала также информацию о распределении плотности газа и яркости звездного компонента согласно данным обзора SDSS. Форма темного гало в модели подбиралась так, чтобы добиться наилучшего согласия с наблюдаемым вращением как самих галактик, так и их полярных колец. SPRC-7 - одна из наиболее больших (диаметр кольца около 50 кпк) и далеких среди подтвержденных ГПК, массивное кольцо здесь состоит их газа и звезд и вращается не перпендикулярно плоскости диска галактики, а под углом 73 градуса к нему (рис. 1). NGC 4262 - принадлежит близкому скоплению галактик Virgo, кольцо диаметром около 30 кпк почти не содержит звезд, состоит в основном из газа и ориентировано почти точно ортогонально к центральной галактике (рис. 2). Рассматриваемые галактики заметно отличаются друг от друга. Не удивительно, что и темные гало в них сильно различаются. В SPRC-7 гало заметно сплюснуто к плоскости кольца (отношение осей 1.5-1.7 в зависимости от принятой модели распределения плотности гало). В NGC 4262 ситуация более сложная, так как наблюдаемая картина может быть объяснена только если отношение осей в распределении потенциала темного гало сильно меняется с расстоянием от центра, составляя около 0.4 во внутренних областях и 1.5-2.3 во внешних. Это первая галактика (за исключением нашего Млечного Пути), где надежно зафиксировано изменение формы темного гало с радиусом, предсказанное в некоторых теоретических моделях формирования галактик.
Публикации:
Khoperskov S.A., Moiseev A.V., Khoperskov A.V., Saburova A.S.
2014, MNRAS, accepted; arXiv:1404.1247 [astro-ph.GA]