RFBR project No. 11-02-00261 for 2011-2013 years

Предлагаемый проект преследует две цели. Первая - это улучшение параметров выборки галактик в Местном Объеме (МО), которая используется как базовая для проверки космологических моделей формировния галактик и их структур. Это будет достигнуто объединением выборки в объеме с R=10 Мпк с центром около Местной Группы с выборкой около 100 галактик в одном из ближайших войдов в Lynx-Cancer с R=8 Мпк. Это компенсирует практическое отсутствие галактик в пустотах в пределах МО и сделает эту выборку намного более представительной в плане сравнения с численными моделями. Вторая цель - это создание самой большой и глубокой выборки галактик в близком войде и изучение эволюционного статуса этих галактик с целью проверки предсказаний моделей формирования и эволюции карликовых галактик в таком окружении. Планируемое на последнем этапе изучение статистических свойств галактик в войдах (общее число, функция светимости, скучивание и др.) должны дать важные ограничений на параметры и исходные предположения космологических моделей, претендующих на адекватное описание современной Вселенной. Галактики уже отобранные по NED и спектральной части SDSS в войде Lynx-Cancer, подвержены сильной селекции по поверхностной яркости, в результате чего имеется заметный недостаток LSB (центральные яркости mu_B=23.5 -26 маг./кв.сек) карликовых галактик как в войде Lynx-Cancer, так и в МО. Слоуновский Цифровой обзор неба (SDSS) позволяет продвинуться в отборе LSB кандидатов значимо глубже, чем по пластинкам Паломарского фотографического обзора. По разработанным нами критериям выбора из SDSS получена выборка примерно 150 кандидатов в близкие LSB карлики. В задачу проекта входят их оптические и радио наблюдения с целью определения их лучевых скоростей и локализации. В результате, мы ожидаем существенно увеличить выборку галактик в войде Lynx-Cancer и МО за счет "скрытой" части мира галактик и использовать эти данные для более полного сопоставления реальных и моделируемых в численных расчетах объектов.

Чтобы проверить возможные отличия эволюционного статуса карликовых галактик, находящихся в войдах и в более плотном окружении, необходимо изучать эти галактики достаточно детально. В частности, требуется по возможности, проверить отличия популяций галактик в разном окружении по таким эволюционным параметрам, как: 1) металличность межзвездной среды (по наиболее доступному параметру: O/H в HII областях вокруг молодых комплексов звездообразования (далее ЗО); 2) массовая доля газа f_gas, т.е. масса газа по отношению к полной видимой барионной массе, включающей массу газа и звезд. [M_gas = M(HI)+M(He), f_gas = M_gas/(M_gas + M_stars)]; 3) возраст наиболее старого видимого звездного населения (обычно на периферии). Модели предсказывают возможность значимых отличий свойств галактик в войдах только для объектов малых масс и светимостей. На расстояниях до ближайших больших войдов (D > 40-50 Mpc), такие галактики будут близки по видимой величине к пределу больших современных спектральных обзоров (B~18 mag). Кроме того, из-за небольших угловых размеров карликовых галактик на таких расстояниях (менее 10-15 угл.сек), изучение старого населения на перефирии представляет дополнительную проблему. Таким образом, их детальное изучение для получения оценок эволюционных параметров достаточно трудоемко, особенно когда речь идет о больших выборках. Поэтому такая работа до сих пор систематически не проводилась.

Предлагаемый нами новый подход в значительной степени снимает эти трудности. Он основан на изучении свойств галактик в не самых больших войдах, а в средних или малых, но расположенных существенно ближе (расстояния до центров порядка 12-14 Мпк). В `ближней' части Метагалактики имеется давно известный большой и весьма пустой Локальный Войд с размером более 40 Мпк, найденный около 20 лет назад (Tully et al. 2008). Кроме него, в монографии Fairall (1998), в `ближней' окрестности Местной Группы отмечено несколько небольших пустот (определяемых как объемы, в которых отсутствуют массивные галактики со светимостями L > L*) с размерами в поперечнике порядка 8-14 Мпк. Таким образом, они частично заполняют Местный Объем. Один из таких близких "небольших" войдов в северной полусфере (Lynx-Cancer) был открыт в работе Pustilnik et al. (2003). В нем, как и предсказывается в численных моделях на основе CDM космологии (например, Gottloeber et al. 2003, Hoeft et al. 2006), найдено около сотни карликовых галактик с абсолютными величинами M_B от -12 до -18, которые, в свою очередь, входят в агрегаты, и в частности, в филаментарные структуры. Недавнее уточнение параметров этого войда в работе Pustilnik & Tepliakova (2011) привело к размеру более 16 Мпс. Комплексное исследование эволюционного статуса этих галактик и сравнение с результатами аналогичного изучения `контрольной' выборки, населяющей области с более высокой плотностью галактик, позволит проверить, насколько значимы их отличия в эволюционном статусе.

Это направление совпадает и с возможностью улучшить свойства выборки галактик базовой выборки в МО. Подавляющее большинство галактик в МО расположено внутри "плоского слоя" с радиусом около 7 Мпк (Local Sheet, Tully et al., 2008), средняя плотность в котором выше, чем средняя плотность во Вселенной. Соответственно, из этой выборки сложно набрать значительное количество объектов из областей очень низкой плотности галактик (войдов). Огромный Local Void (с размером более 40 Мпс, Tully et al. 2008) хотя и занимает значительную часть МО, содержит очень малое число галактик с известными скоростями или расстояниями. За счет включения карликовых галактик в близких небольших войдах, примыкающих к МО, о которых сказано выше, этот недостаток имеющейся на сегодня базовой выборки может быть восполнен.

Другой недостаток существующей базовой выборки связан с сильной наблюдательной селекцией, которая затрудняет поиск галактик с поверхностной яркостью намного слабее, чем яркость ночного неба. В результате, в имеющейся выборке значимо недопредставлены галактики низкой и очень низкой поверхностной яркости (LSBG, VLSBG с центральными яркостями mu_0B=23.5-26 зв.вел./кв.сек). Слоуновский цифровой обзор неба (SDSS) имеет хорошую однородность и глубину, позволяя продвинуться в отборе кандидатов в LSBG значимо глубже, чем по фотопластинкам Паломарского обзора. Его использование для поиска LSB галактик является весьма перспективным (например, Kniazev et al. 2004). Спектральная часть обзора SDSS однако тоже ограничена галактиками достаточно высокой поверхностной яркости. Так, для чисто дисковых галактик более половины галактик с видимой mu_0B > 23.2 не включены в спектральную часть SDSS (Pustilnik & Tepliakova 2010). Особенно этот эффект должен сказаться на отождествлении населения войдов. Как известно, центральная яркость коррелирует со светимостью галактик, и для карликового населения войдов LSB галактики должны составлять большинство.

Полное число галактик в войде является одним из важных параметров для проверки численных космологических моделей и заложенных в них предположений. На сегодня, таких данных не существует и, насколько нам известно, не ожидается. Такие данные требуют глубокого и тщательного изучения галактик отдельного войда. Пока наш проект является в этом плане пионерским. По результатам этого проекта, привлекая уже известные данные по распределению галактик по параметру mu_0B (например, McGaugh 2000), чтобы учесть неполноту из-за наблюдательной селекции, мы сможем дать первые оценки числа галактик и темных гало для войдов с достаточно большими размерами и количественно оценить их соответствие предсказаниям различных сценариев космологической эволюции, таких как LCDM и LWDM.

Particular tasks for the year 2011 include:
1. Для улучшения базовой выборки галактик Местного Объема (сфера радиусом 10 Мпк) мы расширим ее за счет карликовых галактик из ближайших небольших войдов. В первую очередь это относится к области войда Lynx-Cancer (площадь на небесной сфере порядка 2000 кв.градусов), которая покрыта обзором SDSS, (сфера радиусом 8 Мпк и примыкающие области), в которой для многих слабых галактик известны лучевые скорости. Наш подход к изучению войдов является пионерским, как и в целом идея о глубоком и полном изучении близкого войда. Все недавние работы по галактикам в войдах делают упор на большом количество войдов и больших выборках галактик, но ограничиваются лишь малой (непредставительной) частью самых больших галактик в войдах (из-за естественной наблюдательной селекции, определяемой выбором метода).

2. Для понимания особенностей эволюции карликовых галактик в войдах, для примерно сотни карликовых галактик, населяющих войд Lynx-Cancer, будут получены как глобальные параметры (светимости, характерные размеры, масса газа), так и эволюционные (металличность газа - O/H в HII областях; отношение масс газа и звезд; оценки возрастов самых старых звездных населений). Сравнение с аналогичными данными для галактик в более плотном окружении позволит проверить предсказания современных моделей образования и эволюции галактик.

3. Для улучшения базовой выборки МО по отношению к LSB галактикам, по базе данных SDSS нами отобрано около 150 LSB кандидатов с достаточно голубыми цветами, похожие на известные LSBG в МО, но без данных о лучевой скорости. Для них мы планируем получить лучевые скорости по спектрам на БТА и/или в линии HI с помощью большого р/т в Nancay (Франция). Время под эти программы получено. В результате мы ожидаем увеличения числа LSB галактик в МО и в Lynx-Cancer войде (на несколько десятков) и их доли в базовой выборке.

4. Новые LSB галактики также войдут в программу более детальных исследований для определения их эволюционного статуса. Для них будут изучаться металличность, массовая доля газа и цвета, отражающие возраст их звездного населения.

5. Ожидается, что по результатам определения скоростей более 150 новых LSB галактик, значимая часть из них с более близкими расстояниями войдет в новую базовую выборку. Это составит основу для анализа структур в Местном Объеме и ближайших войдах и позволит на новом уровне провести сравнение наблюдаемых структур, формируемых маломассивными галактиками, с предсказаниями современных космологических моделей.

Some preliminary results for the year 2012
1. Describtion of the Lynx-Cancer void and creation of the large deep sample of the void galaxies.

Some preliminary results for the year 2011
1. Describtion of the Lynx-Cancer void and creation of the large deep sample of the void galaxies.

2. Study of metallicities in half-hundred Lynx-Cancer void late-type galaxies and comparison with similar objects in denser environment.

   Изучение металличности для полусотни галактик поздних типов войда Lynx-Cancer и сравнение с аналогичными объектами в более плотном окружении

3. Discovery and study of unusual (unevolved, evolutionary young) LSBD galaxies in the Lynx-Cancer void.

   Открытие и изучение необычных, эволюционно-молодых LSBD галактик в войде Lynx-Cancer

The list of all the RFBR project 11-02-00261 related publications:
1. Pustilnik S.A., Tepliakova A.L., Study of galaxies in the Lynx-Cancer void - I. Sample description, 2011, MNRAS, 415, 1188-1201

2. Pustilnik S.A., Tepliakova A.L., Kniazev A.Y., Study of galaxies in the Lynx-Cancer void. II. The element abundances, 2011, Astrophysical Bulletin, 66, issue 3, 255-292

3. Pustilnik S.A., Martin J.-M., Tepliakova A.L., Kniazev A.Y., Study of galaxies in the LynxCancer void - III. New extreme low surface brightness dwarf galaxies, 2011, MNRAS, 417, 1335-1349

4. Martin J.-M., Pustilnik S.A., Kniazev A.Y., Properties of unusual void LSBDs versus cosmological simulations predictions, Proceedings of the annual meeting of the French Society of Astronomy and Astrophysics (SF2A), 37-38, Eds.: G.Alecian, K.Belkasem, R.Samadi and D.Valls-Gabaud

15 December 2011