Крупномасштабная динамика межзвездного газа в спиральных галактиках

• Автор: Берман, В.Г.
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 148 c. : ил

Настоящая диссертация посвящена исследованию крупномасштабного течения межзвездного газа в спиральных галактиках. Важность этой проблемы для физики спиральных галактик заключается в следующем. С одной стороны, для интерпретации многочисленных наблюдательных данных, например, радиоастрономических, необходимо знание крупномасштабной кинематики и структуры газа. С другой, данная задача имеет большое значение для понимания различных аспектов самой спиральной структуры галактик. В спиральных рукавах концентрируются наиболее молодые и активные объекты. Здесь имеют место такие фундаментальные процессы, как родщение ярких звезд, вспышки сверхновых и т.д. Взаимодействие газа со спиральными рукавами должно, несомненно, влиять и на физику межзвездной среды. Всем этим и обусловливается большой интерес, который представляет для астрофизических приложений данная проблема.
Исследования, выполненные в предлагаемой работе,проводились в рамках волновой теории спиральной структуры)] I], в основе которой лежит идея о том, что спиральные рукава в галактиках являются твердотельно вращающимися волнами плотности. Отметим, что существуют и другие, альтернативные теории, например, такие, как магнитная [2-4], взрыва [б], аккреционная [6,7], солитонная [8-10] и некоторые другие. В силу того, что в диссертации не ставится цель изучения вопросов, связанных с происхождением и поддержанием спирального узора, мы не будем давать сравнительный анализ существующих теорий спиральной структуры. Ограничимся лишь замечанием, что,на наш взгляд, крупномасштабная картина спираль-

ных рукавов в настоящее время наиболее адекватно описывается в теории волн плотности.
Итак, согласно гипотезе, выдвинутой Линдбладом [п] и развитой Лином и др. [1] , спиральная структура галактик связана со спиральной волной плотности (СВП), распространяющейся по звездному диску. Эта волна плотности своим гравитационным полем возмущает движение газа, отклоняя его от кругового. Впервые задача о движении межзвездного газа в гравитационном поле СВП рассматривалась в 1966 г. Фуджимото [12]. Однако значительный прогресс в этой области наметился после опубликования в 1969 г. статьи Робертса [13]. Им было показано, что при течении межзвездного газа в спиральных рукавах в газе могут формироваться мощные ударные волны. Масштаб этих ударных волн сравним с радиусом галактического диска. Поэтому они впоследствии были названы галактическими ударными волнами (ГУВ). Для амплитуды гравитационной силы СВП и скорости вращения спирального узора, характерных для нашей Галактики, интенсивность ГУВ по плотности может достигать значения^ 10 [13-15].
Развитие представлений о ГУВ сыграло важную роль в понимании процессов, происходящих в галактиках. В [13] была высказана идея о том, что ГУВ служит "триггерным” механизмом звездообразования. Под этим понимается следующее: достаточно массивное облако, попадая во фронт ГУВ, испытывает резкое поджатие, вследствие чего оно может начать коллапсировать, приводя к рождению звезд. Следовательно, ГУВ должна влиять на глобальные свойства галактического диска.
Хорошо известно, и на это обращалось внимание в целом ряде работ, что спиральные рукава в других галактиках наиболее отчетливо прослеживаются по областям ионизованного водорода.Возраст
- 4 -
наиболее ярких из них лет [1б], т.е. примерно на два порядка меньше галактического года. По галактическим меркам это очень молодые образования. Следовательно, возникает вопрос: какой механизм управляет рождением звезд в масштабах галактического диска, "поджигая" звездообразование практически одновременно на всем радиусе галактики, причем именно вдоль спиральных рукавов?
В последнее время (начиная с 1978 г.) в работах [17-20] получила развитие теория так называемого стохастического саморас-пространяющегося звездообразования, в которой в качестве такого механизма предлагается цепная реакция звездообразования. Под этим термином понимается следующее: ударные волны от вновь рождаемых массивных звезд вызывают рождение других массивных звезд и т.д. Однако, в численных расчетах, проведенных авторами этой теории, не удается получить правильной, двухрукавной крупномасштабной структуры (и этот факт признается ими в [17]), а наблюдаются многорукавные, клочковатые конфигурации. Кроме того, как указывается в работе [21^, в теории стохастического звездообразования, базирующейся в основном на численном моделировании, остаются невыясненными многие вопросы, связанные с образованием спиральной структуры и зависимостью последней от физических параметров. В [21]] показано, что в такой модели спирали будут распространяться как в направлении вращения галактического диска, так и против него, что приводит к их взаимодействию и разрушению.
На наш взгляд, в спиральных галактиках действие механизма стохастического звездообразования может служить объяснением лишь неправильных, локальных структур, сопутствующих глобальному спиральному узору, но не самой крупномасштабной картины спиральных рукавов (см. также [22]).
В то же время, как уже говорилось выше, при исследовании

Рассмотрим теперь данные по наблюдениям в других галактиках. В М 81 обнаружено лишь очень слабое излучение СО [42], что и говорит о малости содержания в этой галактике молекулярного водорода. В целом ряде работ [92-97^] приведены наблюдения СО в спиральных галактиках М 51, ЫСС 6946, ІС 342. Оценки количества в данных галактиках заметно отличаются у различных авторов (вследствие все той же неопределенности отношения СО к н2), общим же является то, что крупномасштабная спиральная структура по СО обнаружена не была. Этот факт может служить подтверждением нашего вывода о малости возмущения в молекулярном водороде от СВП (см. рис.4.2). Правда, надо иметь в виду, что угловое разрешение в этих наблюдениях было не слишком высоким.