4. Галактики с полярными кольцами

На рис.1 показаны фотографии типичных представителей галактик с полярными кольцами (ГПК) и схема, иллюстрирующая строение таких галактик.

Рис. 1 37Kb  • Увеличить

Спектральные наблюдения показали, что центральное тело таких галактик вращается вокруг своей малой оси, галактики плоские, а видимая их сигарообразность обусловлена тем, что такая плоская галактика видна почти с ребра.

При объяснении возникновения полярных структур чаще всего рассматриваются внешние гравитационные воздействия соседних галактик (см., например, Решетников В.П., Взаимодействующие галактики // Природа. 2000. N 6. С.13-21). Но на этом пути не удалось получить структуру, полностью адекватную строению ГПК. Не обошлось и без модного в последнее время столкновения галактик:

"Необычная дископодобная структура полярного кольца галактики NGC 4650A до сих пор не очень понятна астрономам, но некоторые из них полагают, что она, возможно, является результатом очень давнего столкновения двух галактик. Когда-то она была обычной средней по размерам галактикой, а потом произошло ее столкновение с какой-то другой галактикой. Во время этого столкновения газ меньшей из двух галактик был захвачен большей по размерам галактикой, после чего сформировалось новое кольцо из пыли, газа и звезд. текст: Е. Волынкина "

В данной работе также будут рассматриваться воздействия соседних галактик, но не гравитационные, так как при принятых в расчетах расстояниях между галактиками порядка среднего расстояния для скопления, гравитационные воздействия можно не учитывать. Учитывалось лишь влияние магнитных полей соседних галактик. Для расчётов была взята галактика с такими же характеристиками, как в предыдущей статье "3. Кольцевые галактики".

При прохождении исследуемой галактики в магнитном поле другой галактики, с более мощным магнитным полем (рис. 2), в позициях 1 или 3 галактика движется параллельно магнитному полю.

Рис. 2 18Kb  • Увеличить

Покажем, как при этом возникают полярные кольца. Рассмотрим рис. 3.

Рис. 3 15Kb  • Увеличить

Квазилоренцева сила возникает только в том случае, когда вектор скорости газового облака имеет составляющую, перпендикулярную напряжённости магнитного поля. Так как галактика движется параллельно вектору напряженности магнитного поля H, то движение галактики как единого целого никаких структур не порождает. Вращение же галактики вокруг оси ОО₁ приводит к возникновению полярного кольца. В точках А и В скорость вращения перпендикулярна вектору H. Поэтому в этих точках возникает квазилоренцева сила F, параллельная оси вращения галактики. В точках C и D скорость вращения параллельна вектору Н, поэтому квазилоренцева сила там отсутствует. При перемещении из точек А и В к точкам C и D вдоль экватора галактики квазилоренцева сила постепенно убывает от значения F до нуля. На рис.3 пунктиром показана линия, на которой значение силы F максимально. Плоскость кольца перпендикулярна плоскости экватора галактики.

Описанный механизм возникновения квазилоренцевой силы при определённых условиях может привести к возникновению полярного кольца. Условия возникновения полярного кольца следующие: квазилоренцева сила, действующая на частицы газа близка по значению к силе гравитации, действующей на эти же частицы. Если такие условия выполняются, в точках А и B начнёт формироваться полярное кольцо. Насколько это кольцо успеет сформироваться, зависит от того, как долго исследуемая галактика будет находиться в параллельном магнитном поле соседней галактики. Формирование кольца происходит из газовых облаков, расположенных близко к линиям АА₁ и BB₁. На этих линиях значения квазилоренцевой и гравитационной сил близки. При перемещении вдоль экватора от точек А и В к точкам C и D квазилоренцева сила быстро убывает, а гравитационная сила остаётся неизменной. Поэтому условия для формирования кольца выполняются только для участка, выделенного на рис.4 жирной линией. Насколько далеко от светящегося диска галактики в сторону тёмного гало газ будет вовлечён в процесс формирования кольца зависит также от выполнения условия: квазилоренцева сила, действующая на частицы газа близка по значению к силе гравитации, действующей на эти же частицы.

Рис. 4 16Kb  • Увеличить

Яркость сформировавшегося полярного кольца, состоящего из газа с вкраплёнными в него звёздами, зависит от плотности газа в кольце. А плотность газа в кольце радиуса r пропорциональна плотности массы гало на расстоянии r от центра галактики (см. схему, показанную на рис.4). Очевидно, что наибольшая яркость кольца будет в тех его частях, которым соответствует наиболее высокая плотность газа в гало. На рис.5 приведен график, показывающий изменение плотности массы гало при R_g < r < 6R_g (R_g - радиус светящегося диска, r - расстояние до центра галактики) .

Рис. 5 6Kb  • Увеличить

Чтобы визуально на расчётном графике отразить факт падения яркости кольца с увеличением расстояния от края галактики, построение расчётных траекторий частиц газа производилось с переменным шагом, величина которого увеличивалась пропорционально уменьшению плотности массы гало. Совокупность всех расчётных кривых приведена на рис. 6а. По совокупности расчётных кривых можно сделать заключение, что наиболее яркая область кольца располагается в пределах 1.5R_g < r < 2.5 R_g, что в большинстве случаев соответствует наблюдательным данным. На рис.6б, наиболее яркая область выделена цветом.

Рис. 6 33Kb  • Увеличить

Можно также отметить ещё один эффект. Расчёты показали, что скорость движения частицы из её начального положения к точке с максимальной кривизной траектории значительно уменьшается, а затем снова возрастает. Так, для частицы с исходной координатой r = R_g в верхней точке кривой скорость в 30 раз меньше скорости в исходной точке. Вследствие этого половина времени, затраченного на прохождение всей траектории, приходится на прохождение небольшого участка траектории, выделенного на рисунках 6а, 6б овалом. Аналогичное явление будет иметь место для всех траекторий с исходными координатами, удовлетворяющими условию

Рис. 7 19Kb  • Увеличить

Картина, показанная на рис.6 формируется за 300 млн. лет. За это время замкнутое кольцо сформироваться не успевает, а образуются два незамкнутых полукольца. На фотографии галактики ESO474-G26 скорее всего также видны два незамкнутых полукольца. Расчёты показали, что полностью замкнутое полярное кольцо для рассматриваемого случая образуется за 400 млн. лет.

В завершение описания процесса возникновения полярных колец необходимо ещё объяснить причину интенсивного процесса звездообразования в полярных кольцах. Предлагается следующее объяснение. Поток газа в полярном кольце встречается с потоком газа во вращающемся гало. Эти два потока перпендикулярны, скорость каждого из них не менее 100 км/с. "Врезаясь" в газ гало, газ полярного кольца вызывает турбулентное движение. Это приводит к флуктуациям плотности и создаёт благоприятные условия для ускоренного звездообразования.

Авторство, источник и публикация:
1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 22 августа 2009 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'

Главная страница раздела