CC BY
24
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2016, том 71, № 1, с. 1-13
УДК 524.74
УЛЬТРАПЛОСКИЕ ГАЛАКТИКИ, ОТОБРАННЫЕ ИЗ КАТАЛОГА RFGC.
I. СВОЙСТВА ВЫБОРКИ
©2016 В. Е. Караченцева1, Ю. Н. Кудря1, И. Д. Караченцев2, Д. И. Макаров2*, О. В. Мельник3
Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 03680 Украина 'Астрономическая обсерватория Киевского национального университета им. Тараса Шевченко, Киев,
04053 Украина
2Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Нижний Архыз, 369167 Россия 3Киевский Национальный университет им. Тараса Шевченко, Киев, 01033 Украина Поступила в редакцию 27 октября 2015; принята в печать 22 декабря 2015
Мы использовали The Revised Flat Galaxy Catalog (RFGC) для создания выборки ультраплоских галактик (UFG), покрывающей все северное и южное небо, за исключением зоны Млечного Пути. Она включает 817 спиральных галактик, видимых с ребра, выделенных в выборку UFG по их видимым отношениям осей (a/b)B > 10.0 и (a/b)R > 8.53 в синей и красной полосах соответственно. Из нее мы выделили образцовую выборку из 441 галактики UFG со следующими характеристиками: Vlg < 10 000 кмс-1, галактическая широта |b| > 10° и угловой диаметр aB > 1 '0 в синем цвете. Согласно тесту Шмидта, образцовая выборка 441 галактики полна до 80—90% уровня, что вполне достаточно для изучения различных свойств ультраплоских галактик. Мы нашли, что более 3/4 галактик UFG имеют морфологические типы в узком диапазоне T = 7 ± 1, т.е. наиболее тонкие звездные диски встречаются среди типов Scd, Sd и Sdm. Средняя поверхностная яркость галактик UFG имеет тенденцию к ослаблению в сторону самых плоских галактик, не имеющих балджа. Диски правильной формы без признаков асимметрии составляют примерно 2/3 как среди всех галактик каталога RFGC, так и выборки UFG. Около 60% ультраплоских галактик могут рассматриваться как динамически изолированные объекты, примерно 30%, вероятно, принадлежат к рассеянным ассоциациям (волокнам, стенкам) и только около 10% из них являются динамически доминирующими галактиками по отношению к своим соседям.
Ключевые слова: галактики: спиральные — галактики
1. ВВЕДЕНИЕ
В работе «The Classification of Spiral Galaxies» [1] Хаббл, отвечая на критические замечания Рейнольдса, повторно обозначил структурные признаки, которые разделяют спиральные галактики на «ранние» типы (Sa), «промежуточные» (Sb) и «поздние» (Sc). Первым и основным критерием им был назван относительный размер неразрешенной ядерной области (признак 1 ), т.е. в современной терминологии — размер балджа по отношению к диску. К тому времени для классификации спиралей было использовано всего 290 фотографий, поэтому Хаббл не счел отношение осей существенным критерием классификации, на чем настаивал Рейнольдс. Тем не менее признак (1) вместе с
E-mail: dim@sao.ru
развернутостью спиральной структуры (2) и степенью концентрации вещества в рукавах (3) явились прочной основой для статистических выводов Хаббла о связи различных характеристик галактик. В той же работе [1] Хаббл не согласился с утверждением Рейнольдса, что спирали, видимые с ребра, должны быть выделены в отдельный класс, согласно отношению их осей и картине поглощения в них.
Уточнение и развитие Хаббловской последовательности галактик связано, в основном, с широко известными работами Сэндиджа и де Вокулера (см., например, обзор [2]). Класс поздних Хабб-ловских спиралей Бе получил естественное продолжение для «безбалджевых» типов Бе^ Б^ Бт для всех углов наклона к лучу зрения г. При этом, как показал Караченцев [3], галактики, видимые почти с ребра (г > 85°), гораздо легче классифици-
ровать по (обратному) отношению «балдж/диск» и выделять среди них очень тонкие чисто дисковые спирали. Как было подчеркнуто Корменди и Кенникаттом [4], сверхтонкие спиральные галактики представляют особый интерес в свете их происхождения и выживания в окружении разной плотности.
Плоские галактики были известны давно как спиральные галактики поздних морфологических типов, видимые с ребра, с малым либо отсутствующим ядром [5, 6]. К настоящему времени проведено большое количество наблюдений плоских галактик в оптическом и радиодиапазонах (см. обзор [7]). Однако систематическая каталогизация плоских галактик стала возможной только на однородных обзорах неба с выполнением определенных условий отбора.
Первый каталог плоских галактик, видимых с ребра, Flat Galaxy Catalog, FGC(E), и его уточненная версия RFGC опубликованы в [8, 9]. Каталог RFGC [9] охватывает все небо и содержит 4236 галактик, визуально отобранных на синих (далее B) и красных (далее R) картах Первого Паломар-ского обзора неба POSS-I и обзора ESO/SERC с «синим» в системе POSS-I отношением осей (a/b)B > 7 при угловом диаметре (большая ось) aB > 0 i6. Далее для краткости будем использовать выражения «синий (красный) диаметр» и «синее (красное) отношение осей», говоря о диаметре и отношении осей изображения галактики на синей (красной) карте. Критерий отношения осей был в дальнейшем использован как один из основных при создании каталогов плоских спиральных галактик: в ближнем инфракрасном 2MASS диапазоне [10], 2MFGC [11] и в разных версиях Слоуновского обзора: SDSS DR1 [12] и SDSS DR7 [13].
В обзорной статье [7] описаны различные модели формирования и эволюции тонких дисков, свойства таких объектов по данным из каталогов [8, 9, 12], а также результаты наблюдений отдельных объектов. Подробности можно найти в приведенном там же обширном списке литературы. Заметим, что выбор критерия видимого отношения осей для сверхтонких галактик у разных авторов является достаточно произвольным (см. обзор наблюдательных данных в [7]). Например, в [14] даны результаты спектральных наблюдений для галактик с a/b в интервале 9—20 (оптический диапазон).
Хорошо известная как «классическая» сверхтонкая изолированная галактика UGC7321 = FGC1403 = RFGC 2246 = 2MFGC9681 (KIG524 [15]= 2MIG1699 [16]) имеет в RFGC отношения осей (a/b)в = 16, (a/b)R = 13. А наблюдения в линии Ha дают для подсистемы эмиссионных областей H II этой галактики отношение осей (a/b)Ha = 38 (см. рис. 1).
800
600
400
200
О 200 400 600 800
800
600
400
200
О
О 200 400 600 800
Рис. 1. Пара изображений галактики UGC7321, полученных на 6-метровом телескопе BTA с редуктором SCORPIO [17]. Вверху: снимок в континууме с фильтрами SED607+SED707, a/b = 14. Внизу: снимок в линии Ha с вычитанием континуума, a/b = 38. Масштаб и ориентация показаны в углах нижнего снимка.
Эти числа показывают, что отношение осей галактики зависит от цвета (возраста) ее звездного населения. Наиболее плоскую подсистему образуют самые молодые звезды с возрастом порядка 10 млн лет, сосредоточенные в областях H II.
Для всех галактик каталога FGC(E) видимое отношение осей в синем диапазоне не превышает величины (a/b)в = 22.4. Этому соответствует максимальное значение истинного (пространственного) отношения осей 25.8 [18]. Последняя величина имеет важное значение для моделей образования и устойчивости тонких звездных дисков.
Целью настоящей работы является создание образцовой выборки сверхтонких галактик из каталога RFGC и сравнение представленных в нем свойств таких объектов, находящихся в различном
' UGC7321
W
ч
\ щ
N
J
0.6 -
0.5 -"-•-"-1-"-•-"-•-"-"-1-
0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
log (а/Ь)в
Рис. 2. Распределение галактик RFGC по красным (R) и синим (B) отношениям осей. В правом верхнем углу располагаются галактики UFG, ограниченные линиями (а/Ь)в = 10 и (а/Ь)я = 8.53.
окружении. В разделе 2 мы кратко перечисляем эффекты селекции, влияющие на изображение спиральной галактики, видимой с ребра, и описываем процедуру отбора сверхтонких галактик из каталога НРСС. В разделе 3 приведены характеристики сверхтонких галактик в сравнении со всеми галактиками каталога НРСС. В разделе 4 мы рассматриваем разные способы выявления окружения и сравниваем между собой каталожные свойства сверхтонких галактик, находящихся в разном окружении. Краткие выводы даны в разделе 5.
2. ВЫБОРКА СВЕРХТОНКИХ СПИРАЛЬНЫХ ГАЛАКТИК, НАБЛЮДАЕМЫХ С РЕБРА
Распределение RFGC-галактик по синим (B) и красным (R) отношениям осей представлено на рис. 2. Как было показано в [19], линейная регрессия между ними имеет вид (a/b)R = 0.853(a/b)B с довольно значительной дисперсией. Чтобы отсечь галактики с заметными балджами, в качестве критерия сверхтонкой (ультраплоской) галактики (Ultra Flat Galaxies = UFG) мы выбрали условия: (a/b)B > 10.0 и (a/b)R > 8.53 (правая верхняя часть рис. 2).
Очевидно, что на статистике наблюдаемых свойств выделенных таким образом сверхтонких галактик сказываются различные эффекты селекции. Перечислим основные:
(1) У далеких/мелких/слабых галактик отношение осей определяется, в основном, размером малой оси b, на который влияет разрешение эмульсии и качество изображения (seeing). Так, для галактики с a = 36" и a/b = 10 величина b = 3". 6, что сравнимо с типичным разрешением на снимках Паломарского обзора порядка 3".
(2) Количество данных о лучевых скоростях далеких, Vlg > 10 000 км с-1, галактик быстро падает с увеличением расстояния, поэтому становится трудным оценивать число их физических спутников.
(3) На вид галактик в зоне Млечного Пути, особенно поздних спиралей, ориентированных с ребра, влияет поглощение в нашей Галактике, а также звезды переднего фона.
Распределение угловых размеров у галактик каталога RFGC и влияние отмеченных выше эффектов хорошо видны на панелях рис. 3, где представлены диаграммы «lg(bB)—lg(aB)» и «lg(bR)—lg(aR)» слева и справа соответственно. Тонкая линия на обеих панелях определяется условием a/b = 7, то есть lg(b) = lg(a) — 0.845. Отчетливо заметны такие особенности: а) в красном цвете галактики RFGC выглядят в среднем толще, чем в синем; б) дисперсия диаметров возрастает с уменьшением размеров галактик; в) при значении lg(b) 1.3 (b ~ 3") становится заметным недобор числа галактик из-за предела, обусловленного разрешением фотоэмульсии. Для мелких галактик видна дискретность измерения малого диаметра.
Совместное выполнение условий (a/b)в > 10.0 и (a/b)R > 8.53 выделяет из всего RFGC-каталога 19% ультраплоских галактик с диаметром aB > 0i6. Эту выборку 817 галактик назовем «базовой UFG». Учитывая влияние упомянутых эффектов селекции, мы вводим дополнительные ограничения: Vlg < 10 000 км с-1, галактическая широта Ibl > 10°. Нужным критериям сверхтонких галактик удовлетворяет 490 объектов (выборка «N = 490»).
В таблице 1 приведено сравнение двумерных распределений галактик каталога RFGC по лучевым скоростям в системе Местной группы и синим угловым большим диаметрам. Оценки лучевых скоростей взяты нами из баз данных NED (www.ned.ipac.caltech.edu) и HyperLeda (http://leda.univ-lyon1.fr/). В знаменателе дроби дано число всех галактик RFGC (aB > 06, (a/b)B > 7) с VLG < 10 000 км с-1 (это выборка «N = 2078»), в числителе — число сверхтонких, а в скобках — процент сверхтонких галактик в соответствующем бине.
0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.3 -1.0 -1.2 -1.4
1 1 ! М 9 ~ а . | 1 | 1 | 1 ; . | 1 | у |
1 1 _ | ~ 1 1 1 1 | 1 | г: | 1 | 1 | •
шнв «• ■
- ¿т —~ " N = 423Ь
-
. 1 * 1 ■ 1 ■ 1 .........."
-0,4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.3 1.0 1.2 1.4 1од(ав)
го о
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0,8 1.0 1.2 1.4 1од(з„)
Рис. 3. Слева показано распределение 4236 плоских галактик каталога RFGC по синим большим и малым диаметрам (Ьв) от ^ (ав) в минутах дуги. Тонкая линия соответствует условию (а/Ь)в = 7, то есть ^ (Ьв) = ^ (ав) — 0.845. Штриховая линия проведена для значения ав = 1 '0. Справа показано распределение 4236 плоских галактик каталога RFGC по красным большим и малым диаметрам ^ (Ьд) от ^ (ад). Тонкая линия соответствует условию (а/Ь)д = 7.
Из данных таблицы 1 видно существенное уменьшение доли сверхтонких галактик с угловыми диаметрами от 0 '60 до 0 '99 во всех интервалах лучевых скоростей. Заметного различия в доле сверхтонких галактик выборки N = 490 не наблюдается во всех интервалах лучевых скоростей, кроме первого (где малое число объектов) и последнего. Напомним, что на статистику для далеких галактик влияют эффекты селекции, отмеченные выше. Поэтому для достижения приемлемой полноты мы выделяем более рафинированную выборку, N = 441 (последний столбец таблицы 1), в которой соблюдается условие ав > 1'0 вместо ав > 0'6. Она составляет около 10% от полного числа плоских галактик RFGC. Ранее [20] мы нашли, что
сам каталог FGC(E) имеет примерно 90% полноту при ав > 1 '0. Данные таблицы 1 показывают, что и выборка сверхтонких галактик практически полна для галактик со скоростями менее 10 000 км с-1 именно при ав > 1 '0.
Тест Шмидта (У/Утах) [21] для выборки N = 441 приведен на рис. 4. Для максимального и начального углового диаметра были приняты значения 6' и 0 '6 соответственно. Видно, что полнота на уровне 80—90% достигается при аШщ ~ 1'0.
В Приложении мы приводим список номеров RFGC для 817 галактик базовой UFG-выборки. RFGC-номера галактик рафинированной UFG-вы-борки N = 441 отмечены двумя звездочками, 49 галактик, не входящие в UFG-выборку, но
3 4 5
атП, агстлп
Рис. 4. Тест Шмидта для выборки N = 441
входящие в выборку N = 490, отмечены одной звездочкой.
На рис. 5 приводятся карты распределений на небе в экваториальных координатах для галактик RFGC (точки) и выборки UFG (заполненные кружки). Серой размывкой обозначена область сильного поглощения вблизи галактического экватора \ Ь \> 10°. Представлены срезы по лучевым скоростям: Уьо < 3000 км с-1,
Таблица 1. Распределение галактик НРОС по синим большим диаметрам и лучевым скоростям У^о
VLG , КМ С 1 ав > 2 .'0 1Í99-1Í50 1Í49-1 Ю0 0 .'99-0 .'60 ав > 0 .'6 ав > 1 .'0
(0-1000] 4/35(11) 2/11(18) 0/5(0) 0/5(0) 6/56(11) 6/51 (12)
(1000-2000] 16/69(23) 9/27(33) 5/23 (22) 3/22(14) 33/141(23) 30/119(25)
(2000-3000] 20/79(25) 7/36(19) 7/57 (30) 3/28(11) 47/200(24) 44/172(26)
(3000-4000] 12/38(32) 16/47(34) 19/61(31) 3/36 (8) 50/182(27) 47/146(32)
(4000-5000] 14/39(36) 14/65(22) 39/125(31) 8/53(15) 75/282(27) 67/229(29)
(5000-6000] 12/33(36) 15/53(28) 40/129(31) 8/65(12) 75/280(27) 77/215(36)
(6000-7000] 9/24(38) 14/36(39) 41/117(35) 6/108(6) 70/285(25) 64/177(36)
(7000-8000] 5/14(36) 8/34(24) 31/89(38) 6/99 (6) 50/236(21) 44/137(32)
(8000-9000] 3/6(50) 12/26(46) 30/90(33) 4/92(4) 49/214(23) 45/122(37)
(9000-10 000] 2/2(100) 3/18(17) 22/71(31) 8/111(7) 35/202(17) 27/91(30)
(0-10000] 97/339(29) 100/353(28) 244/767 (32) 49/620(8) 490/2078(24) 441/1459(30)
> 10 000 2 27 255 657 941 284
RFGC, with 1/LG 341 380 1022 1277 3020 1743
All RFGC 343 384 1174 2335 4236 1901
3000 < Vlg < 10 000 км с"1, Vlg > 10 000 км с"1, лучевые скорости не измерены. Совокупность рисунков дает представление о взаимном расположении объектов выборки UFG и всех плоских галактик каталога RFGC на различной глубине.
На верхней панели рис. 5 видно, что близкие сверхтонкие галактики едва очерчивают Местное сверхскопление. Избыток UFG в области центра Местного сверхскопления (RA = 12h5, Dec = +12°) по сравнению с однородным распределением составляет всего AN ~ 5 галактик. Срез 3000—10 000 км с"1 (вторая панель сверху) заполнен наиболее равномерно в основном благодаря наблюдениям на 300-м радиотелескопе в Аресибо [22], на 6-м телескопе БТА [23] и 100-м радиотелескопе в Эффельсберге [24,25]. Галактики в этом интервале лучевых скоростей также показывают едва заметную концентрацию в областях известных скоплений Coma и Pisces—Perseus. Заметим, что рис. 5 и данные таблицы 1 хорошо дополняют друг друга. Так, в двух последних строчках таблицы 1 для галактик с угловыми диаметрами в интервале 0 .60—0. 99 отчетливо заметен недостаток измерений лучевых скоростей. При этом избыточная локализация галактик без лучевых скоростей отмечается в южном полушарии (нижняя панель).
3. СВОЙСТВА УЛЬТРАПЛОСКИХ ГАЛАКТИК ПО СРАВНЕНИЮ С ГАЛАКТИКАМИ РРОС
Среди 2078 галактик каталога РРОС с лучевыми скоростями Уьо < 10 000 км с-1 среднее значение лучевой скорости в системе Местной группы составляет 5553 ± 54 км с-1. Для выборки галактик ИРО с угловыми диаметрами более 0. 6 (Ж = 490) и более 1.0 (Ж = 441) среднее значение скорости равно соответственно 5438 ± 104 км с-1 и 5366 ± 110 км с-1. То есть все три выборки несущественно различаются по глубине.
В таблице 2 приводятся распределения числа галактик по морфологическим типам спиралей в исходном каталоге РРОС, в выборке сверхтонких галактик, а также в выборках РРОС и ИРО с измеренными скоростями. В двух последних строках таблицы 2 указано процентное содержание галактик выборки сверхтонких галактик в соответствующих бинах. В первой строке даны обозначения типов спиралей в Хаббловской системе, во второй — в цифровой системе де Вокулера. Как было показано в [19], наши оценки типов отличаются от цифровых оценок де Вокулера в среднем не более чем на ±1. В этой же работе [19] было отмечено, что галактики РРОС не показывают зависимости видимого сжатия (или типа) от лучевой скорости вплоть до значений порядка 10000—12 000 км с-1.
Рис. 5. Карты распределений на небе в экваториальных координатах для галактик RFGC (точки) и выборки UFG (заполненные кружки). Серой размывкой обозначена область сильного поглощения вблизи Галактического экватора | Ь | <10°. Сверху вниз представлены срезы по лучевым скоростям: Уьс < 3000 км с"1, 3000 < Уьо < 10 000 км с"1, Уьо > 10 000 км с-1; лучевые скорости не измерены.
Как следует из данных таблицы 2, пик числа галактик для всего каталога, а также выборки N = 2078, приходится на тип Sc. Для выборок UFG N = 817 и N = 441 максимум смещается к типу Sd, причем как в общем, так и в долевом распределениях. Доля сверхтонких галактик быстро падает от типа Sd к еще более поздним типам Sdm и Sm, по-
скольку в динамике последних значительную роль играют турбулентные движения. Как видим, 80% UFG-галактик имеют морфологические типы в узком интервале значений Т = 7 ± 1. Это согласуется с результатом [6]: самые тонкие звездные диски встречаются у галактик, классифицируемых как Scd, Sd, Sdm.
Поверхностные яркости для галактик RFGC оценивались визуально и разделялись по индексу средней поверхностной яркости SB: I, II, III и IV (галактики класса I имеют самую высокую поверхностную яркость). В таблице 3 приводятся распределения числа плоских галактик RFGC, выборки N = 2078 и выборки N = 441 по классу поверхностной яркости SB. Максимум в распределениях 55—63% для всех выборок приходится на ЯБ = II (что соответствует примерно 25.4 mag/aгcsec2 в В-полосе [8]). В двух последних строках таблицы 3 указано процентное содержание галактик UFG среди RFGC-галактик каждого класса SB с учетом и без учета измерения лучевых скоростей. Из этих данных видно, что имеет место уменьшение доли объектов высокой поверхностной яркости при переходе от плоских RFGC-галактик к ультраплоским UFG. Эта тенденция соответствует ожидаемому отсеву галактик с небольшими балджами (типа Sbc) при построении выборки UFG. Иными словами, при переходе от плоских к ультраплоским галактикам происходит сдвиг индекса SB к более слабым поверхностным яркостям, ЯБ = III, IV (или примерно 25.6—25.9 mag/aгcsec2 [8]).
Таким образом, типичной сверхтонкой галактикой оказывается спиральная галактика типа Sd с пониженной поверхностной яркостью. Причина ослабленной поверхностной яркости может быть вызвана более сильным поглощением света у сверхтонких галактик, видимых строго с ребра, или же меньшей плотностью их звездных дисков.
Асимметрию формы плоской галактики довольно трудно оценить без достаточно глубокой поверхностной фотометрии. Так что результаты, приводи -мые в таблице 4, нужно оценивать как предварительные. Асимметрия формы характеризовалась в каталоге RFGC индексом As, который принимал значения 0, 1 и 2 для правильных, промежуточных и явно искаженных форм соответственно. Как видно из табличных данных, плоские галактики правильной формы составляют от 62 до 70%, а наиболее асимметричные — от 5 до 8% как во всем каталоге, так и в отдельных выборках. Из данных таблицы 4 также следует, что доля сверхтонких галактик разных типов асимметрии среди галактик выборки N = 2078 составляет примерно 20%, показывая слабую тенденцию к уменьшению от правильных форм к промежуточным и искаженным формам.
Таблица 2. Распределение галактик НРОС и ультраплоских галактик по типам спиралей
Туре БаЬ БЬ БЬс Бс Бсс! Бс! Бёгп Бгп АН
Т 2 3 4 5 6 7 8 9 -
1 151 573 1535 960 718 252 37 4236
N = 2078 8 82 266 544 490 465 195 28 2078
иРО, М = 817 0 11 31 252 211 270 40 2 817
иРО, N = 441 0 9 17 81 109 188 35 2 441
Ы817/ЩРОС, % 7 5 16 22 38 16 5 19
N441^2078, % 11 6 15 22 40 18 7 21
Таблица 3. Распределение галактик НРОС и сверхтонких галактик по индексу средней поверхностной яркости БВ
БВ I II III IV АН
242 2480 1369 145 4236
N = 2078 190 1306 534 48 2078
ОТО, Ж = 817 23 451 310 33 817
ОТО, Ж = 441 22 268 139 12 441
Ы817/ЩРОС, % 10 18 23 23 19
N441/N2078, % 12 20 26 25 21
Таблица 4. Распределение галактик НРОС и сверхтонких галактик по индексу асимметрии Аз
Аэ 0 1 2 АН
2830 1159 247 4236
N = 2078 1260 640 178 2078
иРО, N = 817 568 209 40 817
иРО, N = 441 272 135 34 441
Ы817/ЩРОС, % 20 18 16 19
N441/Ш078, % 22 21 19 21
Таким образом, по нашим данным не видно связи между относительной толщиной звездного диска спиральной галактики и степенью возмущения его периферии.
4. СВОЙСТВА СВЕРХТОНКИХ ГАЛАКТИК В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОКРУЖЕНИЯ
Плотность окружения мы определяли несколькими способами.
(1) В каталоге РРОС для каждой галактики диаметром ав подсчитывались значимые соседи с угловыми диаметрами в интервале [ав/2 — 2 ав], находящиеся в круге радиусом К =10 ав. При этом соседи выявлялись для всех галактик одинаковым способом. На момент публикации каталога данные о лучевых скоростях галактик РРОС и тем более их слабых соседей были очень скудными. Поэтому приведенные числа соседей в проекции дают представление только о поверхностной плотности фона вокруг галактик РРОС без учета его глубины. На рис. 6 приведены гистограммы распределения галактик четырех выборок: РРОС, N = 2078, N = 490 и N = 441 по числу значимых соседей. Правая шкала на каждой панели указывает процент галактик в соответствующей выборке с обозначенным числом соседей в проекции. Ход распределения примерно одинаков для рассмотренных выборок, а более трех соседей имеют всего 2—5% галактик в каждой выборке и во всем каталоге РРОС. Как следует из данных рис. 6, имеется слабая тенденция роста доли изолированных галактик при переходе от плоских к ультраплоским галактикам.
(2) Для каждой сверхтонкой галактики выборок ИРО мы определяли число галактик с относительными лучевыми скоростями в интервале +500, —500 км с-1 до предельного проекционного расстояния К = 750 кпк. В отличие от предыдущего случая здесь уже учитывались лучевые скорости галактик. Однако соседи, как и в отборе (1), не могут гарантированно образовывать физические системы с галактиками выборки ИРО, хотя и входят с ними в достаточно хорошо обозначенное общее поле по скоростям и расстояниям.
Распределение сверхтонких галактик по числу таких соседей для выборок N = 490 и N = 441 приведено на панелях рис. 7 соответственно слева и справа. Левая шкала панелей показывает число
галактик в бине, а правая — их процентное содержание. Последнее значение на обеих панелях соответствует случаям семнадцати и более соседей.
Из данных рис. 7 видно, что только треть (31%) сверхтонких галактик не имеют соседей в указан -ном интервале лучевых скоростей и проекционных расстояний. Эта величина меньше, чем доля изолированных галактик, 56%, при учете соседей способом (1). Следует отметить, однако, что далеко не все соседи со скоростями в интервале +500, —500 км с-1 и проекционными расстояниями R < 750 кпк являются физическими спутниками ультраплоских галактик. Некоторые из них могут входить совместно с UFG в диффузные элементы крупномасштабной структуры (волокна и стенки).
(3) Ко всем галактикам с лучевыми скоростями меньше 20000 км с-1 в базе HyperLeda на галактической широте | b \> 10° был применен алгоритм кластеризации, подробно описанный в [26, 27]. При объединении галактик в системы различной населенности использовались индивидуальные характеристики всех галактик, а именно лучевые скорости, проекции взаимных расстояний и массы, определяемые по интегральной светимости в инфракрасной Ks-полосе. Вначале выделялись физические пары, удовлетворяющие условиям полной отрицательной энергии и нахождению пары внутри сферы «нулевой скорости» [28]. Затем все пары с каким-либо общим компонентом объединялись в группу. В результате была получена информация для всего неба о группах галактик и их окружении до 10000 км с-1. Полученный каталог использовался для анализа окружения галактик из RFGC-каталога и выборок N = 490 и N = 441. В данной работе мы использовали для описания окружения такой статус: «isol» — изолированная галактика, «root» — главный член группы, «mem» — член группы. Таким образом, способ (3) дает более точное представление о физическом окружении сверхтонких галактик, чем способ (2) и тем более (1).
Для выборок N = 490 и N = 441 мы определили частоту встречаемости галактик, находящихся в различном окружении. Рассматривались случаи отбора способом (3) со статусом галактики «isol», «root» и «mem», а также способом (2), когда галактика имеет 0, 1 и 2 или больше соседей. Результаты представлены в таблице 5. Как следует из этих данных, более 60% сверхтонких галактик относятся к категории динамически изолированных объектов, около 30% являются неглавными членами рассеянных группировок (ассоциаций, волокон, стенок) и только десятая часть классифицируется как динамически доминирующие объекты по отношению к своим ближайшим соседям. Числа в трех правых колонках таблицы 5 согласуются с данными рис. 6,
Таблица 5. Частота встречаемости сверхтонких галактик в различном динамическом окружении
Количество isol root mem соседи
0 1 >2
N = 490 303 43 144 273 120 97
% 62 ±4 9 ± 2 29 ±3 56 ±4 24 ±3 20 ±2
N = 441 267 41 133 248 110 83
% 61 ±4 9 ± 2 30 ±3 56 ±4 25 ±3 19 ±2
показывая, что более половины UFG-галактик, у которых отсутствуют соседи по способу отбора (2), являются динамически обособленными объектами.
Анализируя средние характеристики ультраплоских галактик, относящихся к категориям «isol», «root» и «mem», мы отметили следующие тенденции. Изолированные сверхтонкие галактики имеют в среднем более поздний морфологический тип. Самая слабая средняя поверхностная яркость характерна для изолированных UFG-галактик. Степень асимметрии сверхплоской галактики показывает положительную корреляцию с числом ее соседей.
5. ОБСУЖДЕНИЕ И КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
Среди 4236 плоских галактик каталога RFGC [9], у которых по определению синие отношения осей удовлетворяют условию (а/Ь)в > 7.0, нами выделена выборка ультраплоских спиральных галактик, Ultra Flat Galaxies, UFG. Эта выборка охватывает все северное и южное небо (кроме зоны Млечного Пути) и насчитывает 817 галактик с синими и красными отношениями осей (a/b)B > 10.0 и (a/b)R > 8.53 соответственно. Внутри этой исходной (базовой) выборки сверхтонких спиралей, видимых с ребра, мы фиксируем рафинированную выборку 441 UFG-галактики, удовлетворяющих следующим условиям: лучевая скорость галактики Vlg < 10 000 км с-1, галактическая широта \b\ > 10°, большой угловой диаметр ав > 1.0. Согласно тесту Шмидта, список из 441 UFG-галактики, обозначенный как (**) в Приложении, имеет полноту примерно 80—90% и может служить образцовой выборкой для анализа различных характеристик ультраплоских галактик.
В качестве прототипа UFG-галактик мы отмечаем UGC 7321=RFGC 2246 — изолированную спираль с синим и красным отношением осей 16 и 13 соответственно. На снимке в линии Ha [17] подсистема молодых (порядка 10 млн лет) звезд, погруженных в области H II, имеет видимое отношение осей (a/b)Ha = 38, что является рекордным
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
280
240
200
160
120
80
40
1919
(а)
1178
4,,= 4236
61а
302
127
53
20
9 5 2 0 2 0 0 1
44
40 36 32 28
%
20 16 12 8 4 О
О 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
N пе|д|1Ь
(С)
273
120
55
27
56
48
40
32
24
16
2 3 4 5
^пе|д|1Ь
1200
10С0
800
600
400
200
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ^пе|д|1Ь 0
№ ;
240 248 50
200 -
160 — - 40
120 _ 110 ч*= 441 _: 30%
80 - 49 - 20
40 — 23 10
0 - 6 4 1; 0
3 4
^пе|д|1Ь
Рис. 6. Распределение плоских галактик по числу значимых соседей с угловыми диаметрами в интервале [а в/2 — 2 а в ] в круге радиусом Н = 10 ав для: (а) всего каталога ЯРОС, (Ь) выборки РРОС с лучевыми скоростями менее 10 000 км с-1, N = 2078, (с) выборки сверхтонких галактик с ав > 0 '6, N = 490, (^ выборки сверхтонких галактик с ав > 1' 0.
значением среди плоских галактик. Как известно, сверхтонкие диски галактик встречаются преимущественно в областях низкой плотности числа окружающих галактик. Мы оценили плотность окружения иРО тремя разными способами.
(1) В каталоге ЯРОС для каждой галактики диаметром ав подсчитывались значимые соседи с угловыми диаметрами в интервале а в/2—2 ав, находящиеся в круге радиусом Е = 10 ав.
(2) Определялось число галактик с относительными лучевыми скоростями в интервале +500,
—500 км с 1 до спроектированного линейного расстояния Е = 750 кпк.
(3) Плотность окружения определялась методом кластеризации.
Сравнение галактик списка иРО с объектами всего каталога ЯРОС позволяет нам сделать следующие выводы.
(а) Более 3/4 иРО-галактик имеют морфологические типы в узком интервале значений Т = 7 ± 1. Иными словами, наиболее тонкие звездные диски встречаются у галактик, классифицируемых как Бс^ Б^. Этот вывод
N и= 490
180
36
160
32
140
23
120
24
20 % 100
г
16 80
12 60
8 40
4 20
0 0
0123456789 10 11 12 13 14151617
N neighb
012345678 9 10 11 121314151617
Wneighb
Рис. 7. Распределение сверхтонких галактик по числу соседей до предельного проекционного расстояния К = 750 кпк и с лучевыми скоростями Уьс в интервале +500, —500 км с-1; выборка N = 490 (слева), выборка N = 441 (справа).
находится в прямом соответствии с результатом, полученным ранее Эйдманном и др. [6].
(Ь) Проявляется тренд к ослаблению средней поверхностной яркости ультратонких галактик при переходе от выборки РРОС к иРО. В основном он обусловлен вымыванием из выборки иРО галактик типа БЬе с небольшими балджами. Другой причиной может быть более сильное внутреннее поглощение света у сверхтонких галактик, видимых с ребра.
(е) Диски галактик правильной формы без признаков асимметрии (возмущений) составляют около 2/3 как в основном каталоге РРОС, так и в выборке иРО. Заметна только слабая тенденция к увеличению относительного числа невозмущенных форм у сверхтонких галактик. В целом же толщина звездного диска спиральной галактики не связана со степенью возмущенности (асимметрией) его периферии.
(ф Используя разные способы оценки плотности окружения галактик иРО и РРОС, мы показали, что относительное число обособленных галактик
лишь в малой степени зависит от видимого сжатия звездного диска. По нашим предварительным оценкам около 60% ультраплоских галактик могут быть отнесены к категории динамически изолированных объектов, около 30% входят в состав рассеянных ассоциаций (волокон, стенок) и только около 10% являются динамически доминирующими объектами по отношению к своим ближайшим соседям.
В следующих публикациях этого цикла мы предполагаем рассмотреть интегральные (оптические и радио) свойства ультраплоских спиральных галактик и сделать оценку массы темных гало, охватывающих диски UFG-галактик.
БЛАГОДАРНОСТИ
В работе были использованы базы данных NASA/IPAC Extragalactic Database (NED) и HyperLeda (http://leda.univ-lyon1.fr/). ИДК, ДИМ благодарят за поддержку Российский научный фонд (грант 14—12—00965).
ПРИЛОЖЕНИЕ
^исок номеров RFGC для 817 галактик базовой выборки. Каталожные RFGC-номера галактик из выборки N = 490 отмечены одной звездочкой (*). Каталожные RFGC-номера галактик из выборки N = 441 (Ultra Flat Galaxies) отмечены дополнительной звездочкой и входят в базовую выборку как (**).
1** 6** 16 18 25 31 34** 46 58 73** 81 88 96 99** 106 113** 119** 122** 123 124** 132 136** 155 161** 164** 166**
i75 176** i87 i93** i95 207** 2i0 213** 225** 229 234** 237** 239**
248 255** 261** 267 278** 282** 283 292 296** 300 301 302** 321
322 325 330** 333 337 342** 344** 357** 365** 368 371** 374** 377
381* 385** 389** 392 393 403 4i5 430* 433 438** 446** 461 463**
465** 467** 483 484** 485** 486 493 500* 504** 505** 509** 510** 5ii**
5i2 513 517** 523 527 529 531** 537 539 542 544** 557 560**
569 598** 603** 604** 615 620** 622** 625** 626** 627** 631 634** 642
653** 660 666 674** 676** 679 687** 693** 695** 697** 701 705 7i9**
720 722** 730 744** 746** 754 756** 766** 768 769** 772 778** 793
798** 809* 813 826** 827 828* 831 835 844* 849** 854 855** 858**
863 869* 871 877** 880 888** 900** 903** 9ii** 912* 925** 928 934
940 942 944** 946 950 972 975 979 988** 990 995 1000** i005
i0i0 1013 1015* i0i6 1021 1029* i045 i046 i050 1051** 1055** i059 i065
1083 1091** i094 1095** 1099** 1107 1109** 1112** 1113* 1114** ii24 1129 1132**
1133** 1135** 1140** 1143** 1147** 1148 1149** 1150 ii55 1157 ii62 1169 ii70
1171 1172** 1184** 1189* 1195** 1196** 1200** 1201 1211** 1231** 1234 1236** 1248**
i256 1259** i275 1277** i278 i284 i285* 1291** 1293** 1298** 1300** 1305 1313*
1322** 1325** 1329** 1333 1339** 1344 1346* 1348** 1355 1357 1358 1359** 1362*
1363 1365** 1366** 1374 1375** 1383** 1384* 1385 1387** 1392 i394** 1399** i406
i407 i4i2 1413 1417** 1420** 1424 1425** 1433 1434** i435** 1439** 1440** 1443**
1446** 1461* 1462** 1468** 1470** i486** 1490** 1502** i504** i5i4** 1522** 1527** 1530**
i549 1551 i552 1553** 1555** 1556** 1560** i56i** i562 1563 1567** 1568** 1569**
i572 1587** 1595** i596 i597 i607 1620** 1625** 1626** 1627** 1630** 1636 1637
1646** i648 1650** 1660** i664 1670** 1672** 1674* 1685** i687 1691** 1692** 1696*
1700** 1710** 1716** 1737 1739** 1742 1744** i745 1753** i76i** 1766** 1771 i778
1782** 1783 i785 1789** 1791** 1795** 1796** i807 1823 1834 1837* 1843 i845
i847 1864** 1871** 1874** 1880** 1886 1888** 1892** i9i8 1925** 1936** 1940** 1943
1951 i952 1953 1957* 1958** 1959** 1973 1976** 1979** i992 1993** i996 2000**
2002** 2004 2005 2006** 2010** 2014* 2020** 2021** 2026** 2030 2035** 2037** 2039
2041 2042** 2045 2046 2048* 2050** 2051** 2053 2057** 2058 2061** 2067** 2069**
2077** 2078 2079** 2085** 2106** 2108 2111** 2118 2123 2126** 2127** 2129** 2132**
2145** 2i46** 2i48** 2156** 2158* 2165** 2i73** 2175 2186 2187 2195* 2206** 2207
2210** 2211 2218** 2233** 2243 2246** 2250** 2253** 2259** 2260** 2266** 2283* 2290**
2295** 2297** 2301 2308** 2317** 2320** 2322** 2327** 2333** 2339** 2341 2347 2350
2357** 2361** 2368** 2378** 2380** 2382** 2387** 2392 2396 2398 2399** 2403 2415**
2421** 2428** 2429** 2430** 2443** 2446** 2450 2453** 2459** 2461* 2467** 2468** 2474**
2482 2496** 2506 2510 2523** 2524** 2526** 2531** 2546** 2548* 2549** 2550 2551**
2553 2555** 2556 2569** 2580** 2581** 2585 2590** 2592* 2597 2605 2611** 2617**
2623** 2631** 2635** 2637 2642 2652** 2668** 2676 2687** 2694** 2699** 2702** 2705**
2714 2716 2725** 2727 2736* 2740 2750* 2751 2752* 2755* 2757** 2768** 2774**
2779* 2785* 2791 2795** 2802** 2803** 2805** 2808* 2811** 2819** 2821 2834 2842
2843 2853** 2855 2864** 2872** 2875** 2876 2881 2885** 2886** 2897** 2898 2901**
2905 2906** 2908** 2918** 2919 2923** 2927** 2928** 2929 2931** 2932 2953 2965
2966** 2968 2969** 2979 2988** 2999* 3001 3007** 3008 3013 3027** 3032 3034
3036** 3037** 3044** 3046** 3054** 3064 3069 3076 3077 3078 3079 3080 3081**
3082 3087** 3094** 3095** 3097** 3103 3118** 3119 3125 3126 3129 3132** 3140
3153* 3158 3160** 3164** 3170 3172 3184 3185** 3186** 3190** 3198 3200 3208
3212** 3218** 3219** 3232** 3243** 3245 3256 3258** 3262** 3274** 3277** 3285** 3289**
3296 3297** 3304** 3316** 3322 3326 3331** 3337** 3350 3354 3356** 3359** 3364*
3365** 3367** 3371 3372 3377** 3378** 3383 3385** 3397 3400 3405** 3414** 3424
3431 3437** 3438 3439 3444** 3452 3465** 3468 3481** 3488 3489** 3491** 3515**
3516 3517 3518 3519** 3520** 3521 3522 3526 3527** 3532** 3534 3540 3555
3558 3561** 3563 3575** 3580** 3582 3587 3596 3598 3600** 3601 3603 3608**
3611 3619 3622* 3628 3631** 3636 3643** 3644** 3645** 3651** 3659* 3672 3684*
3686 3689 3697 3699** 3703 3707 3712** 3715 3723** 3727** 3729 3740 3750
3752* 3753** 3761 3769 3779 3783 3792** 3798 3803** 3804 3820** 3822 3824**
3827** 3828** 3833** 3846** 3854** 3856 3858** 3879** 3880** 3896** 3901 3915** 3919
3924 3928* 3930 3935** 3952** 3953** 3968 3975 3977** 3984* 3986** 3998** 4003
4010 4013** 4025** 4028** 4032** 4039** 4046 4053* 4054 4057** 4066** 4072** 4073
4074** 4076** 4078** 4080** 4081** 4091** 4101 4106** 4113** 4119** 4123* 4131 4134**
4137 4149** 4151 4163** 4172 4190** 4199 4203** 4209** 4214* 4230
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. E. Hubble, Observatory 50,276(1927).
2. R. Buta, in: Proc. Conf. on The World of Galaxies, Paris, France, 1988, Ed. by H. G. Corwin and L. Bottinelli(Springer-Verlag, New York, 1989), p.29.
3. I. Karachentsev, Astron. J. 97, 1566 (1989).
4. J. Kormendy and R. C. Kennicutt, Annual Rev. Astron. Astrophys. 42, 603 (2004).
5. B. A. Vorontsov-Vel'yaminov, Sov. Astron. 17, 452 (1974).
6. J. Heidmann, N. Heidmann, and G. de Vaucouleurs, Mem. R. Astr. Soc. 75, 85 (1972).
7. S. J. Kautsch, Publ. Astron. Soc. Pacific 121, 1297 (2009).
8. I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, and S. L. Parnovskij, Astronomische Nachrichten 314,97 (1993).
9. I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, Yu. N. Kudrya, et al., Bull. Spec. Astrophys. Obs. 47, 5(1999).
10. T. H. Jarrett, T. Chester, R. Cutri, et al., Astron. J. 125,525(2000).
11. S. N. Mitronova, I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, et al., Bull. Spec. Astrophys. Obs. 57,5(2004).
12. S. J. Kautsch, E. K. Grebel, F. D. Barrazza, and J. S. Gallagher, Astron. and Astrophys. 445, 765 (2006).
13. D. V. Bizyaev, S. J. Kautsch, A. V. Mosenkov, et al., Astrophys. J. 787,24 (2014).
14. J. W. Goad and M. S. Roberts, Astrophys. J. 250, 79 (1981).
15. V. E. Karachentseva, Communications Spec. Astrophys. Obs., No. 8, 3 (1973).
16. V. E. Karachentseva, S. N. Mitronova, O. V. Melnyk, and I. D. Karachentsev, Astrophysical Bulletin 65, 1 (2010).
17. I. D. Karachentsev, S. S. Kaisin, and E. I. Kaisina, Astrophysics 58,453(2015).
18. Yu. N. Kudrya, I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, and S. L. Parnovskii, Astronomy Letters 20,8(1994).
19. I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, Yu. N. Kudrya, and S. L. Parnovsky, Astronomy Letters 23,573(1997).
20. Yu. N. Kudrya, I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, and S. L. Parnovskii, Astronomy Letters 23, 11 (1997).
21. M. Schmidt, Astrophys. J. 151,393(1968).
22. R. Giovanelli, E. Avera, and I. Karachentsev, Astron. J. 114, 122(1997).
23. D. I. Makarov, A. N. Burenkov, and N. V. Tyurina, Astronomy Letters 27, 213 (2001).
24. W. K. Huchtmeier, I. D. Karachentsev, V. E. Karachentseva, et al., Astron. and Astrophys. 435,459(2005).
25. S. N. Mitronova, W. K. Huchtmeier, I. D. Karachentsev, et al., Astronomy Letters 31, 501 (2005).
26. I. D. Karachentsev and D. I. Makarov, Astrophysical Bulletin 63, 299 (2008).
27. D. Makarov and I. Karachentsev, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 412,2498(2011).
28. A. Sandage, Astrophys. J. 307, 1 (1986).
Ultra-Flat Galaxies Selected from RFGC Catalog. I. The Sample Properties
V. E. Karachentseva, Yu. N. Kudrya, I. D. Karachentsev, D. I. Makarov, and O. V. Melnyk
We used the Revised Flat Galaxy Catalog (RFGC) to create a sample of ultra-flat galaxies (UFG) covering the whole northern and southern sky apart from the Milky Way zone. It contains 817 spiral galaxies seen edge-on, selected into the UFG sample according to their apparent axial ratios (a/b)B > 10.0 and (a/b)R > 8.53 in the blue and red bands, respectively. Within this basic sample we fixed an exemplary sample of 441 UFG galaxies having the radial velocities of VLG < 10000 km s_1, Galactic latitude of \ b \> 10° and the blue angular diameter of aB > 1 -0. According to the Schmidt test the exemplary sample of 441 galaxies is characterized by about (80—90)% completeness, what is quite enough to study different properties of the ultra-flat galaxies. We found that more than 3/4 of UFGs have the morphological types within the narrow range of T = 7 ± 1, i.e. the thinnest stellar disks occur among the Scd, Sd, and Sdm types. The average surface brightness of UFG galaxies tends to diminish towards the flattest bulge-less galaxies. Regularly shaped disks without signs of asymmetry make up about 2/3 both among all the RFGC galaxies, and the UFG sample objects. About 60% of ultra-flat galaxies can be referred to dynamically isolated objects, while 30% of them probably belong to the scattered associations (filaments, walls), and only about 10% of them are dynamically dominating galaxies with respect to their neighbours.
Keywords: galaxies: spiral—galaxies
