Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших задач галактической и внегалактической астрономии является и еще долгое время бу -дет оставаться исследование крупномасштабного распределения вещества в галактиках я структуры их гравитационных полей. в частности, спиральной структуры, которая играет особую роль в эволюции дисковых галактик. В рукавах протекают такие фундаментальные процессы, как рождение звезд. Здесь же концентрируются наиболее активные объекты - яркие звезды и сверхновые П-го типа. Под действием рукавов происходит круговорот вещества в галактических масштабах. Стоит подчеркнуть, что во всем многообразии чрезвычайно важная роль феномена спиральной структуры в "жизни" галактик стала вырисовываться сравнительно недавно.
В прошедшие два десятилетия выполнено большое количество работ, в которых собран обширный наблюдательный материал о структуре галактических дисков, о поле скоростей звезд в Галактике, о кинематике и распределении межзвездного газа в нашей и других галактиках. Обнаружены новые компоненты межзвездной среды, такие как молекулярный водород. В последние годы появилась возможность изучать структуру и кинематику газа с высоким, по -рядка нескольких секунд, разрешением. Благодаря этому удалось выявить сложную многоярусную структуру спиральных рукавов в . других галактиках. Все эти данные требуют своего осмысления в свете развития наших представлений о строении и эволюции спи -ральных галактик.
С другой стороны, в эти же годы заложены и разработаны основные теоретические представления о природе спиральной струк -туры галактик, высказаны идеи о влиянии рукавов на эволюционные
4 процессы в галактиках, изучен ряд тонких свойств межзвездной среди. Слздует также отметить развитие вычислительной техники и успехи в области разработки компьютерных методов решзішя задач газовой динамики. Все это позволило выполнить, образно говоря, "инженерные" расчеты структуры галактик и провести детальные сравнения теория с наблюдениями.
Приведенные соображения выдвигают проблему спиральной структуры галактик в число наиболее актуальных направлений астрофизических исследований.
Целью работы является разработка блока вопросов, посвященных наблюдательным а 'аектам спиральных рукавов и их влиянию на эволюцию галактики. Наїж рассмотрены следующие проблемы:
крупномасштабное движение и структура газа в спиральной галактике;
эволюционные процессы в межзвездном газе, происходящие под действием спиральных рукавов;
анализ наблюдательных данных о структуре газовых дисков галактик' (нашей и других) с позиции развиваемой теории;
определение параметров спиральной волны плотности и галактического вращения с учетом возмущений от рукавов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработан и реализован в виде программ на ЭВМ БЭСМ-6, ЕС-І050 численный метод расчета крупномасштабного движения мокззсздного газа в спиральных галактиках.
-
В .рамках модели спиральной структуры галактик, предложенной в 1972 г. автором диссертации совместно с Л.С.Марочни -кем и А.А.Сучковым, впервые детально исследована динамика газа в гравитационном поле звездной спиральной волны плотности в различных предположениях, включат "тонкие" свойства ыэтавездной
5 среды - возможность фазовых переходов, образование молекулярного водорода, а также силовые поля - собственную гравитацию газа и магнитное поле.
-
Предложен новый метод определения параметров звездной спиральной волны плотности и галактического вращения по кинематике звезд.
-
Выполнен анализ наблюдательных данных о структуре газовых дисков нашей Галактики, М 81 и М 51 в рамках .развиваемых представлений. ( .
Практическая ценность работы. Представленные в' диссертации результаты, полученные по инициативе автора и при его непосрйд-ственном участии, позволяют производить детальные исследования спиральных галактик, привлекая-развитые автором методы. Они могут быть использованы и используются в звездной астрономии, в галактической и внегалактической радиоастрономии для интерпре -тации различных наблюдательных данных.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались автором или соавторами на семинарах ГАИШ'а МГУ, ИКИ АН СССР, ФИ АН СССР, САО АН СССР, Всесоюзных-семинарах по проблемам "Физика межзвездной среды и туманностей" я Талактика", международной конференции "Галактические и межгалактические' магнитные поля" (ФРГ, 1989) и др.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Развит численный метод расчета нестационарного течения газа в гравитационном поле спиральной волны плотности, распространяющейся по звездному диску галактики, обладающий высокой устойчивостью.
-
Детально исследована динамика межзвездного газа в гравитационном поле стиральной волны плотности в рамках как "феноме-
иологического", так и "микроскопического" описания на разных га-лактоцентрических расстояниях в различных вариантах, в том числе с учетом собственной гравитации газа и магнитного поля. Обнаружен разогрев адиабатического газа е процессе движения его через спираганую волну плотности.
-
Обнаружен ряд новых газодинамических явлений: течения с прямым и обратным фазовым переходом, "трехфазное" течение, ак -креционная волна.
-
Объясняется широкий спектр проблем межзвездной среды: происхождение и разрушение облаков нейтрального водорода, образование нитевидной структуры газа, роль спиральной волны плотности и вращения газового диска в формировании молекулярного водорода при течении газа через спиральный рукав, природа вертикальной "сэндзичевой" структуры газового диска Галактики.
-
Дано объяснение парадоксам Пиддингтота о вариациях интенсивности синхротронного излучения и космических лучей.
-
Предложена связь мевду темпом звездообразования и сте -пенью сжатия газа в галактической ударней волне. ' '
-
Дана интерпретация наблюдательных данных о кинематике и структуре ЕЕ в нашей Галактике и в М 81. Показано, что они, а также данные по Ы 31 хорошо согласуются с моделью спиральной структуры галактик, предложенной автором совместно с Л.С.Марочни-kow и А.А.Сучковым в 1972 г.
-
Галактическая ударная волна предлагается в качестве одного из механизмов нагрева межзвездного газа.
Э. Разработан метод и определены параметры спиральной волны плотности в Галактике по кинематике звезд. Результаты подтверж -дают нашу модель спиральной структуры Галактики.
ТО. Исследована роль сферической подсистемы галактики в ди-
7 намяке спиральной волны плотности. Показано, что вклад ее пренебрежимо мал.
-
Выполнен анализ N частичных экспериментов по эволю--цші дисковых галактик. Сделан внвод о том, что "перегрез" мо -дельных дисков в значительной степени может быть связан с тем, что они не отражают основное свойство галактических дисков ~ их бесстолкновительность. На основе этого получен критерий устой -чивости дисков, совпадающий с критерием Острайкера и Пиблса.
-
Построена теория продолжения волнового узора за пределы коротационного круга. В приближении малых возмущений рассчитано движение газа в этой области. С появлением дополнительных рукавов за пределаїли коротационного резонанса связывается крупномасштабное ветвление рукавов, типа того, что наблюдается в нашей Галактике (Орионов рукав) и в М 81.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Бве-дения, восьми глав и Заключения. Общий объем диссертации - 2SI страница текста, 62 рисунка, 3 таблицы. Библиография содержит 305 наименований.