по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу

Металличность галактик разных типов.

Одна из хорошо известных зависимостей — связь между металличностью галактической межзвёздной среды и её светимостью — приведена на рис. 1(a), а другая — связь между металличностью газа и круговой скоростью вращения V_rot — на рис. 1(b) [3].

Рис. 1: Связь между содержанием кислорода в галактиках на расстоянии R_eff от центра галактики с абсолютной звёздной величиной в полосе B (a) и круговой скоростью вращения V_rot (b) [3].

Металличность газа в галактиках меняется в широких пределах, при этом основная часть галактик следует зависимости масса звёзд-металличность газа (см. [4]). Одно из очевидных объяснений зависимости: менее массивные галактики слабее удерживают газ и теряют произведённые звёздами тяжёлые элементы вместе с покидающим галактику веществом. Однако, если исходить из предположения, что звёзды преимущественно образуются в скоплениях, и наименее массивные скопления не содержат очень массивных звёзд (которые производят наиболее тяжёлые химические элементы), то начальные функции масс у маломассивных и массивных скоплений различны. Кроме того, НФМ в эпоху бурного звёздообразования отличается от НФМ ``более спокойного'' периода, т.е. зависит от SFR. Всё это, несомненно, должно оказывать влияние на положение галактики на диаграмме ``масса-металличность'' [5].

В то же время построенной по данным SDSS Тремонти и др. [4] зависимости следуют не все галактики. Наименее металличные галактики низкой поверхностной яркости (LSB) сильно отклоняются от неё (рис. 2).

Рис. 2: Зависимость масса-металличность для галактик разных типов: LSB — кружочки, неправильные галактики — звёздочки, квадратики и линии — 53000 SDSS галактики со звёздообразованием [6].

У большинства галактик низкой поверхностной яркости металличность [(O/H)] ~−3.6, что делает невозможным точное определение столь малых величин [8]. В неправильных галактиках тоже наблюдается дефицит кислорода по сравнению со спиральными галактиками [9]. В спиральных галактиках обилие кислорода коррелирует с такими макроскопическими параметрами среды, как светимость, скорость вращения V_rot и морфологический тип [10] (см. рис. 1 и 3).

Рис. 3: (a) — обилие кислорода как функция абсолютной звёздной величины в полосе В, (b) — обилие кислорода как функция V_rot. Точки — спиральные галактики, квадратики — неправильные галактики, сплошные и пунктирные прямые — линейные аппроксимации для результатов данной работы, точечная линия и плюсики на рисунке (а) — результаты других работ для сравнения [10].

Изучив три голубые компактные галактики (BCGs), наименее богатые металлами (12 + lg(O/H) < 7,5, т.е. Z < 0.1 Z_sun), Екта и др. [11] предположили, что их масса, в несколько раз превышающая 10⁸ M_sun, не позволила бы системам терять обогащённый металлами газ при вспышках сверхновых. Скорее всего, наблюдаемая в этих BCGs вспышка звёздообразования — одна из первых, и её возникновение есть результат столкновения или мержинга, о наличии которого можно судить по иррегулярной морфологии и кинематике HI (см. рис. 4).

Рис. 4: Поле скоростей HI для голубой компактной низкометалличной галактики J2104-0035. Заметен сильный градиент скорости с севера к югу и существенная ассиметрия между северной и южной частями галактики [11].

Рис. 5: Диаграмма масса-металличность для карликовых галактик — членов Местной группы [12]. Показаны модельная (пунктир) и аппроксимационная (сплошная линия) зависимости Z ~ M_*^s. Для нормальных галактик со звёздообразованием SDSS-выборки из [4] в первом приближении получается Z ~ M_*^0.5

Диаграмма масса-металличность для ядер и околоядерных областей ярких и ультра-ярких ИК галактик (LIRGs и ULIRGs соответственно) показывает (рис. 6), что в основном они не следуют стандартной зависимости для одиночных галактик и имеют более низкую металличность, чем близкие галактики поздних типов со звёздообразованием.

Рис. 6: Зависимость масса-металличность для галактик разных типов: LIRGs — красные точки, ULIRGs — голубые звёздочки, линии — средняя зависимость и 1σ интервал для близких SDSS галактик поздних типов со звёздообразованием [13].

Этот факт является следствием того, что множество ярких и ультра-ярких ИК галактик не являются изолированными объектами и находятся на разных стадиях взаимодействия, результатом которого является появление интенсивных потоков газа: бедное тяжёлыми элементами вещество с периферии галактики перемещается к её ядру. Процессы взаимодействия и слияния очень сильно стимулируют звёздообразование в LIRGs и ULIRGs, так что они обладают самыми высокими SFR в локальной Вселенной, гораздо большими, чем оптические сливающиеся галактики [13].

Как показали наблюдения, радиальное распределение тяжёлых элементов по крайней мере в некоторых спиральных галактиках может отличаться от линейного и иметь минимумы и плато [14]. Эти особенности в распределении обилия химических элементов вдоль радиуса можно объяснить наличием антициклонов вблизи радиуса коротации, которые перемешивают газ, выравнивая металличность соседних слоёв и меняя местами более и менее богатые тяжёлыми элементами слои газа (см. рис. 7)  [15].

Рис. 7: Азимутально усреднённое модельное радиальное распределение элемента Х. Радиус коротации находится на расстоянии ≈ 9 кпс от центра галактики, развитие ``плато'' происходит по обе стороны от него [15].

Существование антициклонов в спиральных галактиках было предсказано А.М. Фридманом и продемонстрировано М.В. Незлиным после серии лабораторных экспериментов с вращением мелкой воды [16]. Позднее существование циклонов и антициклонов в спиральных галактиках было подтверждено наблюдениями двух гигантских спиральных галактик NGC 157 и NGC 3631 [17,18].

На рисунке 2 видно, что у наиболее богатых кислородом галактик SDSS-выборки относительное содержание кислорода достигает значения 9,0 и даже превышает его. Однако последние исследования и уточнение метода определения содержания кислорода в областях HII [19] позволяют сделать вывод о том, что эта оценка завышена и в среднем металличность в центрах наиболее богатых кислородом галактик ~ 8.75, а с учётом того, что часть кислорода входит в состав пылинок, максимальное обилие кислорода в газо-пылевой среде может достигать значения 8,95 [20].

Влияние окружения также существенно: более изолированные галактики (к таким, в частности, относятся многие LSB) в среднем менее металличные при данной поверхностной яркости [21]. Сравнивая галактики поля и галактики скоплений, Заславский [22] подтвердил этот результат: у галактик скоплений металличность в среднем выше, чем у галактик поля. Кроме того, он показал, что даже однократный приток газа в галактику позволяет объяснить низкий эффективный выход тяжёлых элементов на периферии галактик.

Версия для печати