Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Неоднородность населения рассеянных звездных скоплений в Галактике 20
1.1 Введение 20
1.2 Исходные данные 20
1.2.1 Положения и скорости 21
1.2.2 Элементы галактических орбит 24
1.2.3 Возрасты 26
1.2.4 Физические параметры 26
1.2.5 Металличности 27
1.2.6 Относительные содержания магния 28
1.2.7 Каталог астрофизических параметров рассеянных скоплений. 29
1.2.8 Звезды поля 30
1.3 Неоднородность населения рассеянных скоплений 31
1.3.1 Наблюдательная селекция 31
1.3.2 Анализ элементов галактических орбит 33
1.3.3 Распределение рассеянных скоплений по металличности 38
1.4 Зависимость пространственно-кинематических и
физических параметров рассеянных скоплений от возраста 40
1.4.1 Расстояния от Солнца 40
1.4.2 Компоненты остаточных скоростей 41
1.4.3 Физические параметры 44
1.5 Выводы Главы 1 46
Глава 2. Два населения рассеянных звездных скоплений в Галактике 47
2.1 Введение 47
2.2 Связь между химическим составом и возрастом рассеянных скоплений 50
2.2.1 Анализ диаграммы «возраст - металличность» 50
2.2.2 Зависимость относительных содержаний магния от возраста 54
2.3 Связь между химическим составом и положением в Галактике 55
2.3.1 Связь относительных содержаний магния с металличностью... 55
2.3.2 Радиальный и вертикальный градиенты металличности 57
2.3.3 Радиальный и вертикальный градиенты относительных содержаний магния 62
2.4 Стратификация рассеянных скоплений по населениям 64
2.5 Свойства разных населений рассеянных скоплений 73
2.6 Выводы Главы 2 79
Глава 3. Молодые рассенные скопления: пространственное распределение металличности в окрестностях Солнца 82
3.1 Введение 82
3.2 Исходные данные 83
3.3 Сравнительный анализ свойств молодых рассеянных скоплений и цефеид поля 87
3.4 Спиральные ветви и звездные комплексы 91
3.5 Выводы Главы 3 97
Глава 4. Рассеянные звездные скопления в областях близких сверхпузырей 99
4.1 Введение 99
4.2 Расположение рассеянных скоплений в области Локального пузыря...100
4.3 Расположение рассеянных скоплений в области сверхпузыря Эридана 104
4.4 Свойства рассеянных скоплений в областях сверхпузырей по данным нового каталога .107
4.4.1 Кинематика и физические параметры скоплений Локального пузыря .107
4.4.2 Кинематика и физические параметры скоплений сверхпузыря Эридана .111
4.4.3 Сравнение свойств выборок рассеянных скоплений 113
4.5 Выводы Главы 4 115
Заключение 117
Список литературы
- Элементы галактических орбит
- Зависимость относительных содержаний магния от возраста
- Сравнительный анализ свойств молодых рассеянных скоплений и цефеид поля
- Расположение рассеянных скоплений в области сверхпузыря Эридана
Введение к работе
Актуальность исследования
Согласно современным представлениям считается, что звезды не рождаются в одиночку. Значительная их часть формируется в составе скоплений. Со временем скопления испаряются или разрушаются из-за взаимодействия со спиральными волнами плотности, молекулярными облаками или с другими неоднородностями гравитационного потенциала Галактики. В результате их звезды становятся частью общего звездного населения. Некоторые авторы полагают, что от 10 % до 40 % звезд поля были в свое время членами рассеянных скоплений (см. [1] и ссылки в ней). Рассеянные скопления, таким образом, - одни из основных звездных составляющих в Галактике.
Рассеянные звездные скопления могут использоваться в качестве основного источника информации для решения широкого круга вопросов о строении и эволюции нашей Галактики. Рассеянные звездные скопления традиционно считаются типичными представителями тонкого диска Галактики и используются для анализа различных аспектов, относящихся к структуре, химическому составу, динамике, формированию и эволюции этой подсистемы. При этом изучение наиболее молодых рассеянных скоплений позволяет лучше понять механизмы звездообразования и оценить характер распределения содержаний тяжелых элементов в диске Галактики. Анализ свойств более старых рассеянных скоплений важен для тестирования моделей звездной эволюции, объяснения процессов разрушения и условий выживания рассеянных скоплений, отслеживания кинематической и химической эволюции галактического диска. Знание свойств скоплений может помочь прояснить взаимосвязь этих объектов с другими населениями Галактики. Кроме того, понимание свойств рассеянных скоплений нашей Галактики весьма актуально и для внегалактической астрономии.
В последнее время рассеянные скопления перестают считать однородным населением, то есть образовавшимися исключительно из межзвездного
вещества, генетически связанного с предыдущими поколениями звезд тонкого диска. Так, еще более двух десятилетий назад в работе [2] было показано, что на диаграмме «возраст - металличность» звезды поля тонкого диска и рассеянные скопления занимают слабо перекрывающиеся области, и при одинаковом возрасте скопления в среднем являются менее металличными. В итоге оказалось, что даже в настоящее время очень интенсивно образуются малометалличные ([Fe/H] < -0.2) рассеянные скопления, тогда как звезды поля с такой металличностью сейчас практически не рождаются. В результате был сделан вывод: «избыток малометалличных скоплений, скорее всего, результат падения на диск бедного металлами газа и следующей за этим вспышки звездообразования (например, в результате взаимодействия с Магеллановым потоком)».
Большинство исследователей не находят зависимости между возрастом и металличностью для рассеянных скоплений. Однако металличность зависит от положения скопления в плоскости Галактики. В отличие от звезд поля, показывающих монотонный радиальный градиент металличности, рассеянные скопления демонстрируют скачок или изменение наклона градиента в районе 10 кпк от центра Галактики (например, [3, 4]). Такое поведение градиента металличности обычно связывают с аккрецией вещества на внешний диск.
При изучении орбитальных параметров и металличностей в работах [5, 6] были обнаружены рассеянные скопления с высокими вытянутыми галактическими орбитами и низкими металличностями, более характерными для объектов толстого диска. В работе [6] авторы предполагают «необычное» происхождение таких скоплений за счет взаимодействия высокоскоростных облаков, вещества галактик-спутников и шаровых скоплений с межзвездным веществом галактического диска.
Представляет отдельный интерес исследование наиболее молодых (с возрастом до 50 млн. лет) рассеянных скоплений. Такие скопления расположены в настоящее время недалеко от мест их рождения. Известна принадлежность молодых скоплений спиральным рукавам Галактики и
большим группировкам молодых звезд - звездным комплексам. Интересно проверить, является ли население молодых скоплений однородным по металличности, кинематике и другим параметрам, а также каким образом молодые скопления с отличающимися характеристиками пространственно распределены в пределах звездных комплексов. Значения параметров молодых скоплений уместно сравнивать с аналогичными характеристиками классических цефеид, которые также представляют собой молодые объекты.
Рассеянные звездные скопления распределены в пространстве неравномерно. Существуют области пространства, в которых объемная плотность скоплений существенно меньше средней. К таким областям относятся, в частности, внутренние зоны некоторых сверхпузырей. Сверхпузыри - объекты межзвездного пространства размерами в сотни парсеков, заполненные горячим разреженным газом. Некоторые авторы (например, [7, 8]) считают, что отсутствие скоплений внутри оболочечных структур характерно и для других галактик. Представляется интересным рассмотреть пространственное распределение рассеянных скоплений в области двух ближайших сверхпузырей, Локального пузыря и сверхпузыря Эридана, расположенных в радиусе 600 пк от Солнца.
Исследование рассеянных звездных скоплений в последнее десятилетие получило новый импульс, который обусловлен развитием наблюдательной аппаратуры, разработкой новых методик наблюдения и публикацией обширных каталогов с высокоточными определениями различных параметров для большого количества скоплений. Настоящие исследования посвящены комплексному статистическому анализу взаимосвязей между физическими, химическими и пространственно-кинематическими характеристиками рассеянных скоплений в сравнении с близкими звездами поля с целью выявления скоплений различной природы, а также характерных параметров и закономерностей в различных населениях рассеянных звездных скоплений Галактики. Для выполнения поставленной задачи, прежде всего, необходимо
было составить обширный сводный каталог всех доступных параметров рассеянных звездных скоплений.
Цели исследования
Обоснование многокомпонентности населения рассеянных звездных скоплений Галактики. Анализ пространственного распределения содержаний тяжелых элементов в диске Галактики.
Задачи исследования
-
Создание сводного каталога рассеянных скоплений, включающего положения, возраст, металличность, пространственные скорости, элементы галактических орбит и другие физические и химические параметры.
-
Комплексный статистический анализ взаимосвязей между пространственно-кинематическими, химическими и физическими характеристиками рассеянных скоплений и сравнение с аналогичными параметрами звезд поля тонкого диска Галактики.
-
Оценка степени однородности населения рассеянных скоплений.
-
Анализ пространственного распределения содержаний химических элементов в галактическом диске по молодым рассеянным звездным скоплениям в сравнении с классическими цефеидами.
-
Изучение пространственного распределения рассеянных звездных скоплений в областях сверхпузырей в радиусе 600 пк от Солнца.
Научная новизна
Составлен сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных скоплений, включающий положения, скорости, орбитальные параметры, возрасты, массы, центральные концентрации, эллиптичности, металличности, относительные содержания магния, а также принадлежность к соответствующей группе скоплений.
Впервые проведено комплексное статистическое исследование физических, химических и пространственно-кинематических свойств рассеянных звездных скоплений и продемонстрирована существенная неоднородность этого населения Галактики.
Разработаны принципы деления рассеянных скоплений разной природы на группы. Для 278 скоплений определена принадлежность к группе.
Обнаружена неоднородность пространственного распределения молодых рассеянных скоплений разной металличности и кинематики.
Выявлены различия в наблюдаемых зависимостях между возрастом, пространственно-кинематическими характеристиками и химическим составом у рассеянных скоплений и у звезд поля тонкого диска.
Обнаружена повышенная плотность в пространственном расположении скоплений в оболочках некоторых сверхпузырей окрестности Солнца и весьма низкая плотность скоплений в их внутренних областях. Теоретическая и практическая значимость работы
Обнаруженные в работе связи между физическими, химическими и пространственно-кинематическими характеристиками рассеянных звездных скоплений заставляют пересмотреть существующие представления на природу этих объектов.
Полученные в работе выводы могут использоваться для дальнейшего развития теории эволюции Галактики.
Каталог астрофизических параметров рассеянных скоплений Галактики может использоваться для всестороннего исследования этих объектов.
Предложенные критерии деления рассеянных скоплений на группы могут применяться при получении новых данных о скоплениях. Методология и методы исследования
Методологической основой настоящего исследования служит системный подход (выявление многообразия взаимосвязей между различными свойствами рассеянных скоплений) и совокупность следующих методов научного познания:
1) статистический метод (определение средних значений параметров, которые описывают изучаемые свойства рассеянных скоплений);
-
метод анализа (изучение отдельных свойств рассеянных скоплений) и синтеза (объединение результатов проведенного анализа, позволяющее расширить знания об изучаемых объектах);
-
метод классификации (деление рассеянных скоплений на группы на основе общих признаков);
-
метод сравнения (установление сходства и различия свойств рассеянных скоплений и звезд поля);
-
методы индукции (переход от знаний свойств отдельных рассеянных скоплений и их групп к знанию обо всем населении рассеянных скоплений Галактики) и дедукции (переход от общих закономерностей, присущих рассеянным скоплениям к их проявлению по отношению к отдельным объектам)
и другие научные методы.
Положения, выносимые на защиту
-
Сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных звездных скоплений Галактики.
-
Обнаружение существенных различий в наблюдаемых зависимостях между химическим составом, пространственно-кинематическими характеристиками и возрастом у рассеянных скоплений и у звезд поля тонкого галактического диска.
-
Результат, что население рассеянных звездных скоплений в Галактике неоднородно и делится на две группы, различающиеся средними параметрами, свойствами и, возможно, происхождением. Одна группа - галактические скопления, имеющие металличности, близкие к солнечной, и обладающие практически круговыми орбитами, недалеко отходящими от галактической плоскости, то есть характерными для звезд поля тонкого диска Галактики. Вторая группа - пекулярные скопления с аномально низкими для звезд поля тонкого диска металличностями и/или высокими вытянутыми галактическими орбитами, характерными для объектов более старых подсистем Галактики.
-
Обнаружение по рассеянным скоплениям моложе 50 млн. лет радиального и азимутального градиентов металличности в тонком галактическом диске и вывод, что межзвездное вещество в радиусе нескольких килопарсеков от Солнца было слабо перемешано к моменту начала там звездообразования.
-
Результаты изучения пространственных положений рассеянных скоплений в окрестности 600 пк от Солнца. Обнаружение концентрации скоплений к оболочкам Локального пузыря и сверхпузыря Эридана при дефиците рассеянных скоплений во внутренних областях указанных сверхпузырей.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
использованием наиболее точных из опубликованных измеряемых величин рассеянных скоплений и звезд поля;
тщательным сведением опубликованных данных в однородные шкалы;
использованием выборок с объемами, достаточными для получения статистически надежных результатов;
тщательным анализом селекционных эффектов и случайных ошибок;
цитированием. Апробация результатов
Основные результаты исследования докладывались на объединенных астрофизических семинарах отдела радиофизики и космических исследований НИИ физики и кафедры физики космоса ЮФУ, а также
на международных конференциях:
Международная конференция «Химическая и динамическая эволюция звезд и галактик». Одесса, Украина, 25 - 29 августа 2008 г.
4-th Gamow International Conference in Odessa «Astrophysics and cosmology after Gamow: recent progress and new horizons». Odessa, Ukraine, 17 - 23 August 2009.
13-th Odessa International Astronomical Gamow Conference-School «Astronomy and beyond: astrophysics, cosmology and gravitation,
cosmomicrophisics, radio-astronomy and astrobiology». Odessa, Ukraine, 19 -
25 August 2013.
на всероссийских конференциях:
Всероссийская конференция «Современная звездная астрономия». Москва, 15-16 июня 2011 г.
Всероссийская конференция «Физика космоса, структура и динамика планет и звездных систем». Ижевск, 14 -17 ноября 2012 г.
Всероссийская конференция «Галактики привычные и неожиданные». Ростов-на-Дону, 6 - 8 мая 2013 г.
Структура и объем диссертации
Элементы галактических орбит
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дан краткий обзор проблемы, подчеркивается необходимость детального статистического исследования свойств рассеянных скоплений. Определены цели и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, отмечен личный вклад и приведен список публикаций автора по теме диссертации. Кратко изложено содержание работы.
В первой главе описываются принципы составления сводного каталога фундаментальных астрофизических параметров для 593 рассеянных скоплений Галактики. Объясняются основания отбора данных, и дается информация об их источниках. В итоге, для 500 скоплений каталога приведены элементы галактических орбит, для 424 – массы, центральные концентрации и эллиптичности, для 264 - металличности, а для 56 – относительные содержания магния. Дан анализ ошибок определения исследуемых параметров. Обсуждены эффекты селекции, обоснована правомерность использования каталога для статистического исследования. Кроме того, в главе дано описание выборок звезд, применяющихся для сравнительного анализа.
Далее в главе проведен статистический анализ представленных в каталоге характеристик и их взаимосвязей.
Показано, что только около 80% рассеянных скоплений каталога имеют параметры галактических орбит, типичные для объектов тонкого диска Галактики, то есть орбиты таких скоплений низкие и почти круговые. Тогда как около 20% скоплений демонстрируют высокие вытянутые орбиты, которые характерны, скорее, для подсистемы толстого диска и даже гало.
Продемонстрирована неоднородность населения рассеянных скоплений и по содержанию в их звездах тяжелых элементов: их функция металличности бимодальна в отличие от звезд поля тонкого галактического диска и занимает большой диапазон в сторону отрицательных значений. Причем даже среди скоплений с плоскими круговыми орбитами обнаружены скопления с такой аномально низкой металличностью. Парадоксальность результата заключается в том, что если скопления образуются из вещества единого протогалактического облака, то их металличности не должны существенно отличаться от металличности звезд поля тонкого диска.
Исследованы зависимости пространственно-кинематических и физических параметров рассеянных скоплений от возраста. Показано, что скопления с возрастами более 1 млрд. лет демонстрируют дисперсии скоростей намного больше, чем у звезд поля того же возраста. Показано также, что верхняя граница массы скоплений уменьшается с увеличением возраста.
Таким образом, в Главе 1 продемонстрировано различие химических и кинематических свойств рассеянных скоплений и звезд поля тонкого диска. Приведены свидетельства неоднородности населения рассеянных скоплений.
Во второй главе продолжены исследования связей между химическим составом, пространственным положением, элементами галактических орбит, возрастом и другими физическими параметрами рассеянных звездных скоплений с целью выделения групп скоплений со сходными свойствами.
Показано, что население рассеянных скоплений неоднородно и делится на две группы, различающиеся средними параметрами, свойствами и происхождением. Одна группа – это галактические скопления, образовавшиеся в основном из межзвездного вещества тонкого диска, имеющие металличности, близкие к солнечной, и обладающие практически круговыми орбитами, недалеко отходящими от галактической плоскости, то есть характерными для звезд поля тонкого диска Галактики. Вторая группа – это пекулярные скопления, образовавшиеся, скорее всего, в результате взаимодействия массивных объектов (таких как высокоскоростные облака, шаровые скопления или карликовые галактики) с межзвездным веществом тонкого диска, вследствие чего получившие аномально низкие для звезд поля тонкого диска металличности и/или галактические орбиты, характерные для объектов более старых подсистем Галактики. Продемонстрировано резкое различие характерных параметров: металличности, относительного содержания магния, возраста, массы, эллиптичности, центральной концентрации, эксцентриситета, максимального удаления от галактической плоскости, галактоцентрического расстояния, шкалы высоты для выделенных групп рассеянных скоплений.
Найдено, что примерно 70% скоплений старше одного миллиарда лет являются пекулярными, что свидетельствует о более медленном разрушении скоплений с некруговыми высокими орбитами.
Анализ элементов орбит показал, что основная масса скоплений обеих групп образовалась внутри галактоцентрического радиуса 10.5 кпк и ближе 180 пк от галактической плоскости, но благодаря высоким начальным скоростям пекулярные скопления со временем оккупировали объемы, занимаемые объектами толстого диска, собственного гало и даже аккрецированного гало Галактики.
Анализ относительных содержаний магния (представителя -элементов) в скоплениях, принадлежащих согласно кинематическим параметрам разным подсистемам Галактики, показал, что все скопления состоят из вещества, в разной пропорции включающего в себя межзвездную материю единого протогалактического облака, то есть прошедшую переработку в генетически связанных звездах Галактики. При этом отношения [Mg/Fe] у скоплений с кинематикой толстого диска в среднем завышенные, как у звезд поля так называемого «металличного крыла» толстого диска. У скоплений с кинематикой гало эти отношения обнаруживают очень большой разброс, который свидетельствует об их образовании в основном из вещества, испытавшего отличную от галактической историю химической эволюции.
Зависимость относительных содержаний магния от возраста
В предыдущей главе описан составленный нами на основе последних опубликованных данных сводный каталог фундаментальных параметров рассеянных звездных скоплений, обсуждены их ошибки и селекционные эффекты. Было продемонстрировано различие химических и кинематических свойств скоплений и звезд поля тонкого диска, и приведены свидетельства неоднородности населения рассеянных скоплений в Галактике. В настоящей главе продолжен комплексный статистический анализ взаимосвязей между физическими, химическими и пространственно-кинематическими характеристиками рассеянных скоплений и близких звезд поля с целью выявления скоплений различной природы, а также оценки относительной численности, характерных параметров и закономерностей в выделенных группах рассеянных звездных скоплений Галактики.
Многочисленные исследования указывают на отсутствие соответствия между свойствами рассеянных скоплений и звезд поля тонкого диска. Так, в отличие от звезд поля, по которым обычно обнаруживают монотонный радиальный градиент металличности (см., например, [46]), уменьшение металличности рассеянных скоплений с увеличением галактоцентрического радиуса, согласно работе [3], происходит со скачкообразным переходом на [Fe/H] -0.3 в окрестности 10 кпк. В более поздних работах (например, [22, 47, 48]) находят не скачок, а резкое уменьшение наклона градиента при переходе через 12 кпк, которое объясняют спутниковой аккрецией на внешний диск. По результатам исследования содержания нескольких химических элементов в пяти старых далеких рассеянных скоплениях в работе [47] был сделан, в частности, вывод о том, что скопления во внешнем диске Галактики вполне могли образоваться в результате стимуляции звездообразования серией захватов межзвездного вещества карликовых галактик.
Обычно оценки показывают, что примерно 10% звезд поля тонкого диска обязано своим происхождением рассеянным скоплениям (см., например, [9]). (Это без учета многочисленных «погруженных» скоплений, рождающихся вместе с одиночными звездами в областях современного звездообразования и быстро распадающихся.) Однако в недавней работе [1] по восстановленной начальной функции масс рассеянных скоплений сделано заключение, что скопления внесли в звезды поля около 40% за все время эволюции Галактики. Причем не все они обязательно должны оказаться звездами тонкого диска. Так, в работе [49] показано, как быстрые звезды, покидающие скопления главным образом в период его формирования из родительского молекулярного облака, могут утолщать галактический диск и даже образовывать толстый диск.
В работе [5] подробно проанализирована кинематика и галактические орбиты 488 рассеянных скоплений. Авторы работы [5] нашли, что дисперсии всех компонент скоростей скоплений монотонно увеличиваются с возрастом и предположили, что это является результатом действия эффектов динамического разогревания галактического диска. Обратили они внимание и на неоднородность населения рассеянных скоплений: в частности из сравнения эксцентриситетов орбит скоплений и гигантов толстого диска был сделан вывод о том, что 3.7% скоплений их выборки принадлежат толстому диску. Кроме того они показали, что распределение скоплений по содержанию в них тяжелых элементов бимодально с провалом в окрестности [Fe/H] -0.2, хотя и отметили, что такое распределение могло получиться из-за неполноты выборки скоплений по металличности. Тем не менее, в работе [6] это свойство принято как доказательство обособленности менее металличных скоплений, и предположено их «необычное» происхождение. Благодаря появлению новых обширных каталогов высокоточных данных авторы работы [6], исследуя эксцентриситеты галактических орбит (е) и максимальные удаления точек орбит от галактической плоскости (Zmax) для 481 скопления, а также металличности для полутора сотен скоплений, выявили около десятка объектов «внегалактического происхождения в результате взаимодействия высокоскоростных облаков с газовым диском». Таковыми они посчитали скопления, у которых был аномально велик для объектов тонкого диска хотя бы один из двух исследуемых элементов орбит и низкая металличность ([Fe/H] -0.2). Такое заключение сделано на основании, что падение на диск высокоскоростных облаков может привести к звездообразованию [50], и высокоскоростные облака имеют низкую металличность [51]. Кроме того, существует мнение, что в настоящее время до 30 – 40 % звезд могут формироваться за счет аккреции газа на галактический диск. [52]. Остальные малометалличные рассеянные скопления, не обнаружившие отличий элементов орбит от средних для основной массы скоплений, авторы работы [6] посчитали возникшими из упавшего из внешних частей Галактики (или захваченного из разрушенных галактик-спутников) межзвездного вещества. Кроме того, несколько скоплений с металличностью, близкой к солнечной, но большими эксцентриситетами или Zmax, они полагают возникшими в результате «взаимодействия шаровых скоплений с диском», которое может быть причиной сжатия газа в диске.
Возможность образования рассеянных скоплений с разными орбитами и металличностями в результате перечисленных механизмов, инициирующих звездообразование, продемонстрирована и теоретическим моделированием [53 -56].
В недавней работе [57] обнаруженное в [3] скачкообразное уменьшение металличности рассеянных скоплений на галактоцентрическом расстоянии, превышающем солнечное на 1кпк, объясняется существованием кольцевого коротационного провала плотности газа, которое изолирует внутреннюю и внешнюю газовые области Галактики друг от друга. (Именно на этом расстоянии, согласно расчетам в [57], скорости вращения спиральной волны плотности и вращения галактического диска совпадают.) В итоге внутренняя и внешняя области галактического диска химически эволюционируют независимо, приводя к излому радиального градиента металличности на этом галактоцентрическом расстоянии. Процессы, происходящие вблизи коротационного радиуса, приводят, согласно [57], и к образованию скоплений с вытянутыми орбитами. Однако отмечается, что часть скоплений во внешнем диске, скорее всего, имеет внегалактическое происхождение.
Сравнительный анализ свойств молодых рассеянных скоплений и цефеид поля
В группе Персея есть и шесть быстрых скоплений (металличность определена только для одного, и она солнечная), причем они распределены в основном по периферии комплекса (см. звездочки на рисунке 3.9), тогда как семь из двенадцати малометалличных скоплений образуют плотное ядро в центре группировки. Пять быстрых скоплений наблюдается и в комплексе Киля, причем три из них лежат вблизи его границы. В комплексах Лебедя и Стрельца скоплений с высокими вытянутыми орбитами нет совсем, а в Местной системе всего два, тогда как остальные полтора десятка быстрых молодых скоплений рассеяны по всему полю диаграммы. Такое хаотическое распределение быстрых скоплений свидетельствует, что причиной их образования вряд ли явились исключительно спиральные волны плотности.
Итак, население молодых рассеянных скоплений также является неоднородным. В частности, уже с самого раннего возраста некоторые молодые скопления демонстрируют очень большие пространственные скорости и высокие вытянутые орбиты (см. рисунок 3.1 (а)). Это однозначно указывает на нерелаксационную природу таких скоростей. Кроме того, часть молодых скоплений обладает низкой металличностью, нехарактерной для звезд поля тонкого диска (см. рисунок 3.6), хотя орбиты таких скоплений оказались плоскими и почти круговыми. Столь низкая металличность логичнее всего объясняется выпадением на галактический диск вещества с иной историей химической эволюции и преимущественным образованием из такого вещества именно рассеянных скоплений, а не звезд поля. Это выпадение (из внешних областей Галактики или из разрушаемых карликовых галактик-спутников) произошло не так давно, поскольку межзвездное вещество не успело достаточно перемешаться до вспышки в нем звездообразования. Кроме того, и молодые скопления, и цефеиды поля демонстрируют неоднородность химического состава, когда в одном месте сосуществуют однотипные объекты с разным содержанием тяжелых элементов (см. рисунки 3.8 и 3.9). Наблюдается и крупномасштабная неоднородность объектов по химическому составу, когда скопления и цефеиды обнаруживают противоположные по знакам азимутальные градиенты металличности, которые по абсолютной величине сравнимы с примерно равными по величине отрицательными радиальными градиентами металличности, демонстрируемыми обоими типами объектов. Причем у молодых скоплений оба градиента обусловлены исключительно существованием малометалличного комплекса Персея, тогда как у цефеид поля - постепенным увеличением численности богатых металлами звезд в направлениях вращения и центра Галактики. Заметим, что оба типа объектов хорошо прорисовывают спиральные ветви, что свидетельствует о существовании глобального механизма, запускающего звездообразование – спиральных волн плотности. Наблюдаемое некоторое смещение скоплений к внутреннему краю рукавов, а цефеид – к внешнему связано, скорее всего, с несколько большим средним возрастом цефеид и волновой природой спиральной структуры. Таким образом, описанные свойства свидетельствуют о различии условий в межзвездной среде, требующихся для образования рассеянных скоплений и звезд поля.
Для расширения наших представлений о степени неоднородности межзвездного вещества, истории его химической эволюции и происхождении необходимы данные о содержаниях в атмосферах звезд молодых рассеянных скоплений химических элементов, синтезированных в различных процессах. К сожалению, в настоящий момент детальный химический состав определен всего для шести десятков скоплений, причем, только для одного молодого рассеянного скопления. Глава 4
В главе исследуется взаимное расположение рассеянных звездных скоплений и сверхпузырей, то есть представителей звездной и диффузной материи, в радиусе 600 пк от Солнца. Совместное изучение рассеянных звездных скоплений и сверхпузырей может быть перспективно для обсуждения вопросов эволюции этих типов космических объектов, определения расстояний и решения других проблем. Интерес представляют также свойства скоплений, находящихся в областях сверхпузырей.
Межзвездная материя в объеме нескольких сотен парсеков от Солнца содержит многочисленные области с недостатком нейтрального водорода, но заполненные горячим (до 106 К) ионизированным газом, которые называются пузырями, сверхпузырями, полостями, радиопетлями или дырами в распределении нейтрального водорода. Области ионизированного газа окружены оболочками и сверхоболочками из плотного холодного нейтрального газа. Считается, что такие оболочечные структуры образованы динамическими эффектами взрывов сверхновых и/или звездных ветров от молодых и горячих звезд, а возможно вследствие других факторов. Изолированная массивная звезда может выдуть пузырь, а группа массивных звезд образует сверхпузырь. Разлетающиеся в межзвездную среду потоки газа сгребают межзвездный газ, образуя плотную оболочку пузыря.
Расположение рассеянных скоплений в области сверхпузыря Эридана
В работе проведено статистическое исследование пространственно-кинематических, химических и физических характеристик рассеянных звездных скоплений Галактики с целью установления природы этих объектов, оценки степени однородности населения рассеянных скоплений, определения характерных свойств разнородных групп скоплений, выявления пространственной распространенности тяжелых элементов в галактическом диске накануне звездообразования и изучения особенностей расположения рассеянных скоплений в области близких сверхпузырей.
Для реализации поставленных целей создан сводный каталог астрофизических параметров для 593 рассеянных скоплений Галактики, содержащий положения, пространственные скорости, элементы галактических орбит, возраст, массу, металличность, относительное содержание магния, а также параметры, характеризующие форму скопления.
Исследование показало, что пространственно-кинематические и химические характеристики рассеянных скоплений отличаются от аналогичных у звезд поля тонкого диска, а само население рассеянных скоплений по тем же параметрам оказалось дискретным и состоящим, по крайней мере, из двух групп.
Выработаны критерии отнесения рассеянного скопления к группе. Первая группа – галактические скопления с металличностями, близкими к солнечной, и практически круговыми орбитами, невысоко поднимающимися над галактической плоскостью, то есть параметры таких скоплений характерны для звезд поля тонкого диска Галактики. Мы полагаем, что эти скопления образовались исключительно из межзвездного вещества тонкого диска. Вторая группа – пекулярные скопления с низкими металличностями, нехарактерными для звезд поля тонкого диска, и/или высокими вытянутыми галактическими орбитами, типичными для объектов более старых подсистем Галактики. Скорее всего, такие скопления образовались из-за взаимодействия с массивными объектами (например, высокоскоростными облаками, шаровыми скоплениями или карликовыми галактиками) межзвездной материи тонкого галактического диска, получившей примесь вещества с иным химическим составом и дополнительный импульс, который стимулировал процесс звездообразования и придал начальную скорость образовавшемуся скоплению.
Показано, что большинство скоплений обеих групп образовались внутри галактоцентрического радиуса 10.5 кпк и ближе 180 пк от галактической плоскости, но высокие начальные скорости пекулярных скоплений способствовали тому, что со временем такие скопления оккупировали области толстого диска и даже гало Галактики. Около 70% скоплений с возрастом более 1 млрд. лет являются пекулярными, что указывает на более медленное разрушение скоплений с некруговыми высокими орбитами.
Продемонстрировано существенное различие характерных физических и химических параметров для выделенных групп рассеянных скоплений.
По молодым (до 50 млн. лет) рассеянным скоплениям, находящимся в настоящее время недалеко от мест их рождения, исследовано пространственное распределение металличности в тонком диске Галактики. На основании обнаруженных по молодым скоплениям и расположенным в той же области пространства цефеидам поля различающихся по величине радиальных и по знаку азимутальных градиентов металличности сделан вывод, что межзвездное вещество в радиусе нескольких килопарсеков от Солнца было слабо перемешано к моменту начала там звездообразования. Кроме того неоднородности распределения тяжелых элементов наблюдаются и на масштабах меньше размеров звездных комплексов.
По результатам изучения пространственных положений рассеянных скоплений в окрестности 600 пк от Солнца обнаружена концентрация скоплений к оболочкам Локального пузыря и сверхпузыря Эридана при дефиците рассеянных скоплений во внутренних областях указанных сверхпузырей.
Предполагается продолжить работы по изучению населения рассеянных звездных скоплений Галактики. В частности, планируется исследование особенностей динамики рассеянных скоплений на основе анализа характеристик их галактических орбит и исследование детального химического состава звезд скоплений с целью дальнейшего прояснения природы рассеянных скоплений. Для этого уже создан сводный каталог спектроскопических определений обилий более десяти химических элементов, синтезированных в различных процессах ядерного синтеза, содержащий около семидесяти рассеянных звездных скоплений.
