Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.sao.ru/precise/Laboratory/aref_akn/node10.html
Дата изменения: Thu Jul 8 15:36:00 1999
Дата индексирования: Tue Oct 2 02:38:27 2012
Кодировка: koi8-r
Поисковые слова: гало галактики

Содержание работы

Представленная диссертация является результатом работ, выполненных на протяжении 1989-96 гг.

Во Введении приводится обоснование актуальности работы. Сформулированы цель, задачи, новизна полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту, кратко представлено содержание диссертации.

Первая глава носит обзорный характер. В ней приводятся основные характеристики BCG как подкласса галактик с эмиссинными линиями (далее ELG), испытывающих сильную вспышку звездообразования. Дается обзор современного состояния исследований BCG. Кратко описаны важнейшие научные проблемы, связанные с изучением этим объектов: определение содержания первичного гелия, изучение коллективного воздействия вспышек сверхновых и молодых звезд на межзвездную среду, изучение молодых массивных звезд и звезд Вольфа-Райе, формирования и эволюции галактик, и др.

Обсуждается проблема поиска молодых (первичных) галактик и одно из возможных ее решений -- поиск и детальное исследование близких BCG, испытывающих первую вспышку звездообразования, а значит являющихся молодыми галактиками. Отмечается, что низкое содержание тяжелых элементов в галактике является необходимым, но не достаточным условием ее эволюционной молодости. Формулируются наблюдательные критерии для поиска близких молодых галактик. Приводятся характеристики нескольких BCG, которые, вероятно, можно отнести к галактикам в стадии их первой вспышки звездообразования.

Большое разнообразие свойств BCG, важность этих объектов для изучения многих проблем физики и эволюции галактик и звездообразования естественно приводят к необходимости создания выборок этих галактик и изучения их групповых свойств. Однако, несмотря на довольно активную работу по созданию таких выборок за последние 15 лет, лишь некоторые из них можно использовать для изучения статистических свойств BCG, изучения крупномасштабного распределения карликовых эмиссионных относительно нормальных галактик и построения функции светимости слабого конца для M_B > -15^m. Приводятся краткие данные по выборкам BCG, имеющимся на сегодняшний день, методикам их создания и обзорам, на основе которых они создавались.

В заключении первой главы обосновывается необходимость проведения новых специализированных обзоров для поиска BCG, создания статистически полных выборок этих объектов, детальных комплексных исследований отдельных уникальных BCG для решения ряда астрофизических проблем.

Вторая глава посвящена описанию ряда систем сбора для 6-м телескопа БТА и систем редукции данных, в создании которых автор принимал активное участие или котрые были созданы им самостоятельно. Описанные системы использовались, в том числе, и для создания новых выборок BCG и дальнейших детальных исследований объектов из этих выборок. Все описанные системы созданы в рамках единой концепции развития систем сбора и обработки для БТА, разработанной в 1990 году.

Перспективы развития вычислительных средств в Специальной астрофизической обсерватории, в рамках данной концепции, указывали на необходимость установки одной из стандартных систем редукции на персональный компьютер (далее -- PC). Описана первая в мире установка системы MIDAS на персональный компьютер и дальнейшее развитие этой работы, приведшей к стандартной установке системы MIDAS на PC под управлением операционной системы Linux (UNIX).

Описана система сбора спектрофотометрического комплекса БТА в фокусе Нэсмит-1, введенного в штатную эксплуатацию с конца 1992 года и предоставляющего различные варианты спектральных и/или фотометрических наблюдений. Данная система сбора являлась первой для оптического сектора САО РАН, реализованной в среде UNIX, и была первой попыткой удовлетворить таким требованиям, предъявляемым к современным системам сбора, как:

1.

Минимальный диалог между наблюдателем и регистрирующей системой в процессе наблюдений для снижения потерь наблюдательного времени и уменьшения числа ошибок;

2.

Проверка корректности значений вводимых наблюдателем параметров;

3.

Регистрация всех возможных параметров, используемых для последующей редукции данных (параметры регистрирующей системы и телескопа, метеоусловия, географические координаты обсерватории, поясное время и др.);

4.

Обеспечение оперативного контроля процесса наблюдений и состояния приборов: надежная автоматическая диагностика текущего состояния всех составляющих системы регистрации и возможность быстрого устранения нештатных ситуаций;

5.

Автоматическое ведение журнала наблюдений;

6.

Получение данных в международных стандартных форматах (например, FITS);

7.

Достаточно простая (в идеале -- полностью автоматизированная) архивизация результатов наблюдений.

Для обработки спектральных данных, полученных на 1024-канальном счетчике фотонов спектрофотометрического комплекса БТА, автором был создан пакет обработки SCANER, работающий в среде MIDAS. Кратко описаны шаги редукции и их алгоритмы.

Описывается пакет NICE для ПЗС-наблюдений в среде MIDAS, являющийся следующим шагом в развитии интегрированных систем сбора данных на БТА. Данный пакет ко всем возможностям, отлаженным и проверенным на работе системы сбора спектрофотометрического комплекса БТА в Нэсмит-1, добавляет работу внутри стандартной системы MIDAS с использованием всех ее многочисленных возможностей по визуализации получаемых данных и дальнейшей их редукции. Пакет построен таким образом, что: позволяет легко менять моды наблюдений (спектральные или фотометрические) в течение ночи наблюдений; настраивается на новые типы ПЗС и позволяет встраивать новые методы наблюдений; поддерживает FLEX-формат имен выходных данных (Кононов 1995), зависящий от систем сбора; поддерживает сетевую буферизацию получаемых данных.

Детальная спектроскопия большой выборки BCG, созданной на основе Первого и Второго Бюраканских обзоров, проводилась в 1989-1993 годах на реконструированном эшелле-спектрографе СП-161 с двумерным счетчиком фотонов (телевизионный измерительный счетчик "Квант") в качестве приемника (Гажур, Клочкова & Панчук 1990; Клочкова & Панчук 1991). Особенности данных привели к необходимости создания специальной методики обработки эшелле-спектров, полученных с двумерным счетчиком фотонов, а также создания ряда программ, отсутствующих в пакете ECHELLE системы MIDAS, использующейся для обработки этих данных. Описываются разработанная методика и отдельные шаги редукции.

В Третьей главе диссертации представлены:
(1) -- результаты спектральных исследований BCG с малым содержанием тяжелых элементов, имеющих в своих спектрах различные проявления коллективного воздействия сверхновых и молодых горячих звезд на межзвездную среду (широкие малоконтрастные компоненты сильных эмиссионных линий водорода и/или кислорода и характерные широкие эмиссии от звезд WR).

Для 100 BCG с самыми сильными эмиссионными линиями выборки BCG из Первого и Второго Бюраканских обзоров были проведены спектральные наблюдения на эшелле-спектрографе СП-161. Эти данные были использованы для анализа возможных индикаторов частых вспышек сверхновых и звездного ветра в спектрах этих галактик. Полученные результаты показали, что: наиболее часто встречающейся особенностью быстрого движения газа являются широкие компоненты сильных эмиссионных линий (зарегистрированы у 30% наблюдаемых галактик); быстрое расширение газа в областях ионизованного водорода в BCG со скоростями в несколько сотен километров в секунду скорее правило, чем исключение. Оценки показывают, что кинетическая энергия высокоскоростного газа в BCG значительно превосходит энергию отдельных сверхоболочек и сверхпузырей в Галактике и Магеллановых Облаках, и сравнима с кинетической энергией высокоскоростного газа, наблюдаемого в некоторых галактиках со сверхвысокой светимостью в дальнем ИК-диапазоне (Heckman et al. 1990).

(2) -- результаты комплексных исследований BCG SBS 0335-052, открытой на 6-м телескопе (Изотов и др. 1990; Izotov et al. 1990), имеющей экстремально малую металличность, близкую к металличности галактики I Zw 18, и являющейся, на сегодняшний день, наиболее вероятным кандидатом в молодые галактики.

Проведены детальные комплексные спектрофотометрические и фотометрические исследования этого объекта, которые очень важны по нескольким причинам:

1.

Прояснение вопроса эволюционного статуса этой галактики;

2.

Детальное изучение содержания тяжелых элементов в такой малометалличной системе может наложить ограничения на модели химической эволюции и нуклеосинтеза звезд малых металличностей;

3.

Изучение природы протяженного гало низкой поверхностной яркости, обнаруженного в работе Thuan, Izotov, & Lipovetsky (1997) на HST-изображениях, полученных с фильтрами V и I.

Наши наблюдательные данные подтверждают предположение, что SBS 0335-052 -- это молодая галактика с возрастом $\sim$ 10⁸ лет, в которой происходит либо вторая кратковременная вспышка звездообразования с продолжительностью $\leq$ 10⁷ лет, либо продолжается первая вспышка звездообразования в виде волны звездообразования, распространяющейся в течение 10⁸ лет.

(3) -- оптическое отождествление на 6-м телескопе САО РАН 0335-052W -- спутника галактики SBS 0335-052, также являющейся одним из наиболее вероятных кандидатов в молодые галактики.

Наблюдения галактики SBS 0335-052 на радиотелескопе VLA в линии HI 21 см обнаружили очень большое облако нейтрального газа размером 64$\times$24 кпк, вытянутое в направлении W-E. Оценка массы нейтрального газа дает величину , что значительно больше массы звездного населения или ионизованного газа . Структура газа этой уникальной и молодой карликовой галактики весьма необычна. Имеется два сильных, слегка разрешаемых (с синтезированной диаграммой VLA 20$\times$15) пика плотности HI, расположенных примерно симметрично относительно центра всего HI-облака со взаимным расстоянием примерно 24 кпк (84$^{\prime\prime}$) друг от друга. Восточный пик практически совпадает по положению с SBS 0335-052. Западный пик совпадает по положению с координатами слабой галактики (в дальнейшем именуемой 0335-052W), полученными из цифрового обзора неба (DSS). Спектр этого объекта, полученный на 6-м телескопе БТА, показал, что эти две галактики и HI-облако составляют единую систему.

Из детального анализа спектрофотометрических и фотометрических наблюдений следует, что 0335-052W относится к группе низкометалличных голубых компактных галактик. Обилие кислорода и меньшая эквивалентная ширина линии H$\beta$ указывают на то, что текущая вспышка звездообразования в 0335-052W началась всего на несколько миллионов лет раньше, чем в SBS 0335-052, а значит наиболее верно предположение о практически одновременном возникновении областей звездообразования в системе SBS 0335-052 в течение последних 100 миллионов лет.

Дается краткое описание используемой спектральной и фотометрической аппаратуры, методики первичной редукции спектральной и фотометрической информации. Последующая обработка спектральной информации сводилась к определению параметров эмиссионных линий в спектрах галактик и определению по этим данным физических условий и химического состава газа в областях ионизованного водорода. Сравнением наблюдаемого и теоретического бальмеровских декрементов проводилось исправление за межзвездную экстинкцию и линии поглощения, создаваемые звездами галактики в подстилающем континууме. В качестве модели области ионизованного водорода принята сферически симметричная фотоионизационная модель (случай В) с постоянной плотностью и центральным точечным источником ионизации.

В Четвертой главе диссертации описывается новый международный спектральный обзор KISS, начатый в марте 1994 года на 0.6-м телескопе Burrel Schmidt обсерватории NOAO (США).

Данный обзор сочетает часть методики традиционных обзоров, проводимых с фотопластинками и объективной призмой, а также новые возможности использования современных больших ПЗС-детекторов с высоким квантовым выходом и среднеполосных фильтров. Обзор охватывает область неба $\alpha$=8$^h\div$17^h, $\delta$=+29$^\circ$30' с общей площадью 100 кв.град. и совпадает с областями известных обзоров: CfA2 strip (Huchra et al. 1990) и CfA Century Survey (Kent, Ramella, & Nonino 1993), что важно для последующего изучения относительного пространственного распределения карликовых эмиссионных и нормальных галактик. В обзоре используется ПЗС-приемник размером 2048$\times$2048 пикселей с полем зрения 67$\times$67 и двухградусная объективная призма. Специальный интерференционный фильтр, пропускающий спектральную область 4800-5500 Å, блокирует ярчайшую линию ночного неба 5577 Å, что сильно уменьшает фон и позволяет выделять более слабые галактики.

Данная спектральная область позволяет выделять:

• эмиссионные галактики, имеющие линию [OIII] 5007 Å вплоть до красных смещений z=0.10;
• эмиссионные галактики с промежуточными z в диапазоне 0.29-0.47 по линии [OII] 3727 Å;
• квазары в диапазоне z = 2.95-3.5 по линии Ly$\alpha$;
• квазары в диапазоне z = 2.1-2.5 по линии CIV 1550 Å.

Целью обзора является создание выборки эмиссионных галактик (ELG), которая на 1.5-2^m глубже всех известных выборок ELG. В дальнейшем, на основе данной выборки, планируется:

• изучение пространственного распределения карликовых эмиссионных галактик, и в частности сравнение с распределением нормальных галактик;
• поиск новых слабых галактик в пустотах;
• поиск новых BCG, имеющих экстремально низкую металличность, вероятных молодых галактик типа SBS 0335-052 и I Zw 18;
• анализ функции светимости слабых галактик в области малых светимостей (M_B > -15^m).

В обзоре используются прямые снимки в B и V фильтрах, спектральные изображения этих же полей, полученные с объективной призмой. Использование панорамного приемника ПЗС автоматически делает данный обзор цифровым и позволяет проводить объективную автоматическую классификацию и поиск интересущих объектов. Описан пакет редукции данных обзора KISS, созданный автором и работающий в стандартной системе обработки MIDAS. Полная потоковая схема редукции приведена на рис.1. Дано детальное описание следующих шагов: создание двумерного континуума для прямых и спектральных изображений, фильтрация комбинированных прямых снимков (B+V) с использованием адаптивного фильтра (Lorenz et al. 1993), преобразование координат объектов, найденных на прямом изображении к координатам этих объектов на спектральном изображении, поиск и классификация звезды/галактики всех объектов на прямых снимках, астрометрическая привязка изображений и проведение массовой астрометрии, апертурная фотометрия прямых снимков, извлечение одномерных спектров из двумерных спектральных изображений, поиск объектов с эмиссионными линиями.

Структура разнородной входной информации и необходиммость одновременного анализа всех имеющихся данных привели к созданию, на базе стандартных типов данных системы MIDAS, новой структуры данных -- OBPR Database. Описывается выходная структура данных и разрешенные операции над ними, позволяющие производить поиск, копирование, удаление, дополнение данных, состоящих из MIDAS-таблицы и трехмерных изображений-архивов разной логической структуры.

На сегодняшний день получены данные для всей полосы обзора -- 102 полей. Описаны наблюдения и редукция калибровочных изображений, результаты обработки прямых и спектральных изображений 5 полей, приведен каталог кандидатов. Для оценки точности астрометрии и фотометрии обработанных данных, проверки качества классификации звезды/галактики, результаты обработки полей в районе северного Галактического полюса сравнивались с результатами нескольких обзоров, проводившихся в этой же области неба (Willmer et al. 1996; Moreau et al. 1995).

Показано, что: (1) -- типичная точность астрометрических измерений составляет $\leq$0.5$^{\prime\prime}$;(2) -- характерная внешняя точность фотометрии (из сравнения с данными других обзоров) составляет $\leq$0.15^m для B=19^m; (3) -- классификация галактики/звезды по прямым снимкам для объектов с B=20.0-20.5^m может быть ошибочна для 30% объектов, но надежна для объектов с более яркими величинами.

На разных этапах проведения обзора, создания пакета обработки данных и настройки алгоритмов поиска проводились пробные спектральные наблюдения эмиссионных кандидатов на телескопе MMT (США), 1.5-м телескопе обсерватории F.Whipple (США) и 6-м телескопе САО РАН. Дается краткое описание результатов этих наблюдений. Спектроскопия двух KISS-полей, проведенная на 6-м телескопе, показала, что кандидаты, выделяемые по отношению сигнал/шум для эмиссионной особенности, найденной в спектре (далее в тексте SNR), выше определенного порога ($\geq$6), являются (с вероятностью больше 70%) реальными эмиссионными объектами различных типов.

 


Рис. 1. Потоковая схема редукции данных обзора KISS

Для проведения дальнейшего анализа полученных данных было проведено исследование качества материала, полученного по спектрам с объективной призмой: точность измерения красного смещения, точность измерения эквивалентных ширин наблюдаемых линий и отношений потоков эмиссионных линий $F_{\lambda\,5007}/F_{H\beta}$.Этот анализ был проведен для известных эмиссионных галактик и QSO, попадающих в полосу обзора. Описывается процедура построения дисперсионной кривой с использованием галактик Case обзора (Ugryumov et al. 1997; Gallego et al. 1996), сравнение характеристик эмиссионных линий для этих и других известных объектов из зоны северного Галактического полюса.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

В Приложении к диссертации приводятся: таблицы с наблюдаемыми и скорректированными интенсивностями эмиссионных линий, коэффициентами экстинкции, эквивалентными ширинами звездных абсорбционных линий водорода, нескорректированным потоком в H$\beta$ и эквивалентными ширинами линии H$\beta$ для ряда голубых компактных галактик, исследования которых описаны в третьей главе; таблицы с дополнительными сведениями о системе обработки KISS-данных; и список кандидатов обзора KISS, выделенных в результате обработки. Выборка ограничена B=20.5^m и SNR=4.5. Для кандидатов приведены следующие параметры: условный номер галактики в общем списке, имя, координаты на эпоху B1950.0, величина B, показатель цвета (B-V), класс звезда/галактика, SNR для найденной эмиссионной особенности и другие имена найденной галактики (если они существуют). Также приведены: оценка красного смещения и предполагаемая несмещенная длина волны эмиссионных линий, по которым произведена оценка красного смещения, эквивалентная ширина этих линий и отношение потоков эмиссионных линий $F_{\lambda\,5007}/F_{H\beta}$.