А.С.Расторгуев ГАИШ МГУ, отдел изучения Галактики и переменных звезд Физфак МГУ, кафедра экспериментальной астрономии Роль астрометрических данных в звездной астрономии «Проблемы современной астрометрии» (Звенигород, 22-26 октября 2007 г.) Астрометрические данные решают: Проблему шкалы расстояний (π): Калибровки «стандартных свечей» Калибровки светимости звезд Калибровки изохрон (звездные скопления) Калибровки других вторичных методов Задачи звездной кинематики: Собственные движения звезд и скоплений Поля пространственных скоростей Вращение Галактики Распределение масс в Галактике и Местной Группе 2000-е годы: использование наследия HIPPARCOS / TYCHO-2 система ICRS в оптике «звезды-реперы» (~60 */кв. гр.) методы ПЗС-астрометрии Иерархия методов определения расстояний Грав. линзирование Эффект Зельдовича-Сюняева SN Ia Tulli – Fisher relations GCLF Ceph ! RR MS Fit 1 пк πtr GAIA 1 Кпк 1 Мпк 1 Гпк Калибровки: диаграмма ГР для звезд HIPPARCOS с σπ/ π < 0.1 «Парциальная» функция светимости – калибровка светимости для звезд ГП разных спектральных классов; хорошее приближение – нормальный закон ( M M )2 вида: 0 Звезды ГП; полоса V M0 σSp 0 ( M , Sp ) e Sp 2 2 2 Sp Параметры нормального закона для звезд ГП разных спектральных классов (Houk et al., The Properties of MainSequence Stars from HIPPARCOS Data, Proceedings of the ESA Symposium `Hipparcos - Venice '97', p. 279-282, 1997) σSp ~ 0.3 – 0.5m Гауссово приближение для светимостей звезд ГП разных спектральных классов (Houk et al., 1997) Реально ли уменьшить дисперсию? – Эффекты различия возраста и хим. состава. Калибровки светимостей и возрастов для звезд GK разных классов светимости Red Clump Giants Калибровки: расстояния близких рассеянных скоплений (для метода наложения изохрон – MS Fitting) Гиады: d ~ 46 ± 1 пк Обнаружены систематические различия положения ГП между близкими скоплениями (до 0.5m у Плеяд), не объясняющиеся различиями [Fe/H]: Вариации содержания гелия? Z Y 0.020 0.18 0.020 0.23 0.020 0.28 0.020 0.33 0.015 0.38 0.015 0.43 (Z,Y) = (0.018, 0.28) - Солнце Калибровки: расстояния 30 близких субкарликов (метод наложения изохрон для шаровых скоплений и звезд гало) Светимость - металличность ZAHB: начальная горизонтальная ветвь ШЗС Пример: использование калибровки [Fe/H] растет светимостей субкарликов для уточнения расстояния ШЗС разной металличности Построение шкалы расстояний: цефеиды как «стандартные свечи» Связующее звено между Галактикой и Вселенной Цефеиды как «стандартные свечи» Главные проблемы: Наклон зависимости <MV>I - log P Нуль-пункт зависимости <MV>I - log P Наклон по цефеидам LMC, SMC? – различия [Fe/H]! По цефеидам – членам РЗС (многоцветные зависимости в BVRCRICIJHK, 0.44 – 2.2 mμ, 1996) По параллаксам HIPPARCOS LMC (~270 цефеид Галактики, в основном далекие, 1998) Видимые зв. величины цефеид LMC Сравнение фотометрических (<MV> – lg P) и тригонометрических (HIPPARCOS) параллаксов цефеид: Все – далекие! Цефеидная шкала расстояний: проблема еще открыта… Мода α UMi пульсаций? Астрометрия и звездная кинематика Собственные движения – главный источник кинематических данных Преимущества: несмещенность кинематических оценок (по сравнению с лучевыми скоростями) Недостатки: ошибки тангенциальных скоростей растут с расстоянием Метод решения – максимального правдоподобия J.Binney et al. (1997) Выборка близких звезд ГП с МК-классификацией и μ из HIPPARCOS 1)«Разогрев» звездного диска 2)Отставание центроидов от LSR S2 1500 (км/с)2 VLSR !!! Шкала диска: HR ~ 2.7 – 3 кпк – из кинематики! Кинематика диска и кривая вращения Галактики Данные: ~240 цефеид и 120 РЗС с пространственными скоростями (лучевые скорости + собственные движения – HIPPARCOS) Кинематическая модель: Дифференциальное вращение Эллипсоидальное распределение «Двойная волна» в остаточных скоростей лучевых скоростях и Движение Солнца относительно собственных движениях выборки Некруговые движения (линейная волна плотности) Кривая вращения по молодым объектам Рассеяние из-за фактора 1/|sin l| Функция правдоподобия N T 1 LF ({ V },{ Ai }) lg L( k ) V ( k ) L ( k ) V ( k ) k 1 ΔV – разность наблюдаемой и модельной скорости Матрица ковариации L включает: -- ошибки наблюдений -- «космическую» дисперсию -- ошибки модели, вызванные ошибками расстояний; {Ai } – вектор параметров: -- кривая вращения и движение Солнца -- параметры спирального узора -- форма эллипсоида скоростей Кинематические параметры молодых подсистем диска Вращение: (ω0 ω0' ω0") ≈ (27.5±0.5, –4.5±0.15, 1.2±0.1) Оси эллипсоида скоростей: (σU σV σw) ≈ (14±1, 9±0.5, 7±0.5) км/с Движение Солнца: (U0 V0 W0) ≈ (10±1, 12±1, 7±1) км/с Параметры 2х-рукавного спирального узора: Возмущения: fR ≈ 7±2 км/с, fΘ ≈ –2±1.5 км/с Углы: i ≈ -6±0.7°, χ ≈ -85±15° – 2011 (скорее, 2014?): после HIPPARCOS в ожидании GAIA и SIM … но астрометристы и звездники не спят! Вот что было сделано по далеким звездам за последние годы на основе астрометрических данных: 1997 Движение шаровых скоплений Alle et al. (2007) PM – по данным SPM (разность эпох 1970 – 1990-е) Влияние бара Галактики (справа) Цикл работ Dinescu et al. (1997-2003) по южным скоплениям (SPM и его ПЗС-продолжение) Пример: тангенциальные и пространственные скорости некоторых шаровых скоплений балджа Галактики Малые ошибки! Milone et al. (2006) – NGC 6397 PM: HST (WFPC2) – по отношению к 33 галактикам VR: VLT (FLAMES) Орбита для разных значений расстояния в трехкомпонентной модели Внутренние движения в шаровых скоплениях NGC 6121 = M4: Данные: HST (WFPC + ASC) Интервал времени – 2-5 лет Дисперсия σμ≈0.5mas/ year , 2003-2004 Выделение членов скопления М4 по собственным движениям HST: Определено движение звезд балджа и скопления относительно квазара Ω0 = 27.6±1.7 км/с/кпк King et al. (2002) NGC 104 = 47 Tuc HST (WFPC2) Распределение собственных движений (сплошная) Распределение ошибок (пунктир) Сравнение с VR выявило анизотропию скоростей Andersen & King (2003) – вращение 47 Tuc PM: относительно звезд SMC VROT ~ 5.7 км/с на расстоянии от центра 7.5 пк McLaughlin et al. (2006) 1995 - 2002 Центральная область 47 Tuc (HST WFPC2) Вверху – пример изменения координат для одной звезды Справа – профиль дисперсии скоростей в ядре скопления Drukier et al. (2003): NGC 6752 (d~4 кпк) HST WFPC 1994 – 1999 Тангенциальный компонент Анизотропия Прямой выход на модели шаровых скоплений (не Кинг!) Радиальный компонент Фундаментальная работа по применению ПЗСкамер широкого поля в астрометрических исследованиях Одна из задач: выделение членов скоплений: векторные диаграммы Измерение собственных движений близких галактик (в Местной Группе) – уже не мечта, а реальность Kallivayalil et al. (2006-2007), Besla et al. (2007) Динамика LMC, SMC и Магелланова потока по собственным движениям и лучевым скоростям Наблюдения: HST Advanced Camera for Surveys Привязка: к квазарам в полях галактик (21 – в LMC, 6 – в SMC) Разность эпох: 2 года (!) PM исправлены за эффекты проекции и вращения LMC LMC Квазары SMC Квазары 47 Tuc VTAN > 220 км/с, VRAD > 0 LMC и SMC недавно прошли через перицентры галактических орбит VTAN близка ко II космической скорости MW (?) Относительная скорость 105±42 км/с близка ко II космической скорости LMC Образуют ли Магеллановы Облака гравитационно-связанную систему? Одна из связанных орбит Облаков в изотермическом потенциале Галактики с учетом динамического трения (9 Gyr) Но: в пределах ошибок μ намного больше несвязанных решений Начальные условия и устойчивость: SMC Черный: гравитационная cвязанность на интервалах времени ΔT < 1 Gyr Зеленый: ΔT~ 1 – 5 Gyr Красный: ΔT > 5 Gyr Диаграммы μN - μW LMC «Старые» и новая орбиты LMC в изотермической Галактике (ΛCDM, MMW ~ 1012 MO) Период больше, апогалактий дальше «Веер» орбит: влияние ошибок μ Скорости L/SMC и Магелланова Потока L/SMC не связаны с Магеллановым (газовым) потоком Выполняется программа измерения собственных движений в карликовых эллиптических галактиках с HST (WFPC2 + ACS): Car, For, Scl, UMi) (Prior, Olszewski, Monet, Piatek et al.) Основная цель – ограничения на потенциал и массу Галактики V II (MW) ~ 550 км/с на 50 кпк ArXiv: 0708.1704v1 VLBI наблюдения H2O мазеров в М 33 и IC 10 Точность PM: ~ 3-6 μas/year MM31 > 6.6∙1011 MO – 1.2 ∙1012 MO в зависимости от модели Современные массовые обзоры собственных движений Kuijken & Rich (ApJ 124, 2054,2002) HST PC – WFPC2 в 2-x полях балджа ΔT ~ 7 лет εμ ≈ 0.7 mas/y, ~ 36000 звезд (l=1.13°, b=-3.77°) (l=1.25°, b=-2.65°) 1) Кинематическое разделение звезд балджа и диска Функции светимости для диска и балджа (относительное лучевое «расстояние») 2) Обнаружено вращение балджа: Rattenbury et al. (MNRAS 378, 1165,2007) 45 полей OGLE-II ~ 578000 звезд σμ(l,b)- точн.~2% GC (~ км/с) Red Clump Giants («красное сгущение») σμ(b) σμ(l) σμ(l) σμ(b) l b Кинематическая модель: вращение бара + анизотропия скоростей в балдже Новые параллаксы далеких цефеид Fritz Benedict et al. (AJ 133, 1810, 2007) Датчик точного гидирования HST (до 11 пар наблюдений на звезду) Name 10 цефеид с D > 400 пк σπ/π < 8% <MV> - lg P LMC: NB: кстати о цефеидах в проекте GAIA: Современное рассеяние зависимости периодсветимость мало ~%); точность определения внегалактических расстояний в основном ограничивается другими причинами (поглощение света, различия химсостава) Звездники ожидают «расщепления» зависимости период-светимость на 2 -3, для каждого прохождения через полосу нестабильности Soderblom et al. (AJ 129, 1616, 2005) Датчик точного гидирования HST 3 члена Плеяд Проблема расхождения оценок расстояния до Плеяд решена? MS fitting – OK! ! Результаты радиоастрометрии Reid et al. (1981) – одна из первых оценок расстояния до мазеров в центре Галактики (7.1 кпк) – «короткая» шкала расстояний Loinard et al. (arXiv:0708.2081v1) VLBI (8.42 GHz) наблюдения «сверхкометы» вокруг протозвезды T Tau D = 147.6 ± 0.6 пк Hirota et al. (2007) – VERA (VLBI Explorations of Radio Astrometry) 22 GHz H2O мазеры в области звездообразования NGC1333 D = 235 ± 18 пк, строение и динамика скопления Menten et al. (2007) – VLBA наблюдения молекулярных облаков в ближайшей крупной области звездообразования в Орионе D = 414 ± 7 пк калибровки для молодых звезд, строение и динамика системы облаков Torres et al. (2007) (2007) (2007) π = 4.0±1.3 mas, μ = 178.2 ± 1.8 mas/year Honma et al. (ArXiv:0709.0820v1) – VERA наблюдения H2O мазеров в области звездообразования Sharpless 269 π=189±8 μas, D=5.28±0.23 кпк Ограничение на кривую вращения Галактики: … статистические параллаксы и многое другое Спасибо за внимание! Начальные условия и времена прохождения сквозь диск MW (1012 MO) Прохождений ранее 3 Gyr не было Начальные условия и времена прохождения сквозь диск MW (2∙1012 MO) VII, MW (50 кпк) ~ 550 км/с > VTAN, L/SMC