Астронет: О. В. Абрамова/ГАИШ Химическая эволюция газа в галактиках. Роль аккреции и оттока газа http://variable-stars.ru/db/msg/1246335/kosv.html

Косвенные свидетельства наличия аккреции и оттока газа

К одним из косвенных свидетельств наличия аккреции низкометалличного вещества, как уже отмечалось выше, относят наблюдаемое значение градиента химсостава в галактиках и т.н. ``проблема G-карликов'', — тот факт, что металличность старых звёзд диска заключена в достаточно узком диапазоне. В предыдущих разделах было показано, что эту проблему химической эволюции звёздного населения удаётся решить, если принять во внимание аккрецию вещества с низким содержанием тяжёлых элементов.

Другое косвенное свидетельство наличия аккреции — это отсутствие ожидаемой зависимости темпов звёздообразования (относительно массы газа или светимости галактики) как от морфологического типа, так и от светимости газа в диске (см. рис. 25).

Рис. 25: Отсутствие зависимости светимости водорода (слева) и морфологического типа галактик (справа) от SFE [71]. Пустыми кружочками показаны галактики с сильным дефицитом HI.

О притоке в галактику вещества извне может также свидетельствовать связь наблюдаемой в настоящее время массы газа с такими слабо эволюционирующими параметрами, как размер диска, скорость его вращения и удельный угловой момент (рис. 26).

Рис. 26: Масса HI (в ед. M_sun) как функция удельного углового момента (км/сек/кпк)  [72].

Зависимость, показанная на рисунке 26, плохо согласуется с простой моделью эволюции содержания газа, запасы которого в галактике непрерывно уменьшаются из-за звёздообразования. Вообще же, если исходить из того, что темпы звёздообразования растут пропорционально плотности (или квадрату плотности) газа, то при отсутствии аккреции, которая замедляет или останавливает темп расхода газа, за время 5-10 млрд. лет масса образовавшихся звёзд должна была бы (см. рис. 27), превысить наблюдаемую массу диска.

Рис. 27: Распределение газа и звёзд для М33, (a) — реальное, наблюдаемое в настоящее время, и (b) — модельное, через 5 10⁹ лет после начала эволюции галактики. Модель не учитывает притока газа извне и, как видно на панели (b), для такой модели нет решения во внутренних областях галактики [73].

Другое косвенное свидетельство, подтверждающее существование аккреции, представлено на рисунке 28. Видно, что число звёзд с уменьшением величины красного смещения z растёт, скорость звёздообразования падает, а количество газа практически не меняется на протяжении последних ~10 Глет, хотя газ постоянно расходуется при образовании звёзд.

Рис. 28: Объёмные (по отношению к критической плотности Вселенной) плотности SFR (зелёная область), звёзд (синяя область) и газа (красная область) как функции красного смещения [74].

Такая картина возможно только в том случае, если запасы газа постоянно пополняются извне.

Аккрецию вещества можно заподозрить по её влиянию на динамику экстра-планарного нейтрального газа. Фратернали и Бинней [75] сравнили наблюдаемые кривые вращения и поля скоростей экстра-планарного газа у двух близких спиральных галактик NGC 891 и NGC 2403 с модельными. Рассмотренные модели учитывали т.н. фонтаны (выброс вещества из галактики под действием взрывов сверхновых) и аккрецию (рис. 29).

Рис. 29: Кривые вращения по HI (точки) на двух разных расстояниях от плоскости диска [75]. Точечными линиями показана кривая вращения в плоскости диска, красные линии показывают азимутальные кривые вращения в модели с галактическими фонтанами, а синие кривые — в модели с галактическими фонтанами и аккрецией.

Фратернали и Бинней получили, что темпы аккреции должны быть одного порядка с темпами звёздообразования, а основная часть экстра-планарного газа образовалась в результате галактических фонтанов и только 10-20% появилось в результате аккреции [75].

В последнее время с помощью GALEX'а у 30% нормальных галактик были обнаружены протяжённые газовые диски очень низкой плотности [76]. В этих дисках достаточно атомарного водорода для поддержания звёздообразования и мало молекулярного. Содержание кислорода ~ Z_sun/10, а отношение N/O высоко, порядка солнечного. Высокое значение отношения N/O можно объяснить или недавним притоком большого количества ``чистого'' газа (т.е. аккрецией), или тем, что в таких областях низкой плотности не образуются массивные звёзды (т.е. ``обрезан'' верхний конец НФМ) [76].