КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-12-01335

НазваниеИонизованный газ в галактических дисках и за пределами оптического радиуса

РуководительМоисеев Алексей Валерьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, Карачаево-Черкесская Республика

Года выполнения при поддержке РНФ2017 - 2019

КонкурсКонкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-705 - Галактика и Метагалактика

Ключевые словагалактики, активные галактические ядра, звездообразование, межзвездная среда, оптическая спектроскопия, астрофизические наблюдения

Код ГРНТИ41.27.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Галактики являются открытыми системами, испытывающими взаимодействия, слияния и другие активные процессы. Для понимания эволюции галактик и особенностей их взаимодействия с окружением необходимы глубокие наблюдения периферийных частей галактик. Целью проекта является комплексное изучение морфологии, ионизационных характеристик и кинематики ионизованного газа в близких галактиках (z<0.1). Мы планируем сосредоточиться на обнаружении и изучении протяженных газовых филаментов и диффузных структур низкой яркости за пределами звездных дисков, поиску следов аккреции газа галактиками, исследовании газовых гало галактик. Благодаря современным обзорам выполненным методами 3D спектроскопии, таким как ATLAS-3D, CALIFA, SAMI и др., собрано большое количество данных о распределении, динамике и химическом составе ионизованного газа в галактиках. Однако, эти исследования ограничены относительно небольшим полем зрения - в пределах 1 arcmin и, соответственно, относительно яркими областями. Для близких галактик это поле соответствует всего лишь 1-1.5 эффективным радиусам и уровню поверхностной яркости ярче mAB = 21-23 mag/arcsec^2. При этом изучение газа за пределами оптических дисков (или в вертикальном направлении — для газовых гало) принципиально необходимо для ответа на ряд важных вопросов физики галактик и космологии: - характер и темп аккреции внешней диффузной материи; - связь аккреции с «галактическими фонтанами» и другими проявлениями обратной связи (feedback) в галактиках с текущим звездообразованием; - воздействие активного галактического ядра на межзвездную среду; - несоответствие между ожидаемой в космологических моделях массой барионов и реально наблюдаемой в Местной Вселенной. Перечисленные задачи определяют актуальность проекта для современной астрофизики В рамках проекта мы планируем выполнить ряд наблюдательных задач с помощью следующих методов оптической панорамной спектрофотометрии: 1) Глубокие изображения в отдельных эмиссионных линиях ионизованного газа (Нальфа, [OIII], [NII], [SII] и т.д.), получаемые с помощью узкополосного перенастраиваемого фильтра на основе сканирующего интерферометра Фабри-Перо. Фильтр уже имеется в САО РАН, наблюдения на 6-м телескопе планируется выполнять с составе прибора SCORPIO-2. Для наблюдений на телескопах меньшего диаметра (1-м САО РАН, 2.5-м ГАИШ КГО) будет изготовлен отдельный светосильный прибор, оснащенный этим фильтром. 2) Изучение кинематики ионизованного газа методами 3D-спектроскопии на 6-м телескопе САО РАН со сканирующим интерферометром Фабри-Перо и с интегрально-полевым модулем (IFU) в составе SCORPIO-2. 3) Глубокие изображения в среднеполосных фильтрах на 1-м телескопе Шмидта БАО (Армения). Этот недавно восстановленный и модернизированный нами телескоп обеспечивает уникальное сочетания высокой светосилы, большого поля зрения и низкого уровня рассеянного света. Что делает его уникальным инструментом для обнаружения слабых протяженных структур на уровне поверхностной яркости 28-29 mag/arcsec^2. Наблюдаемые характеристики (карты лучевых скоростей и дисперсии скоростей, параметров возбуждения газа, электронной плотности, металличности ) будут сравниваться с существующими теоретическими моделями.

Ожидаемые результаты
Научная значимость результатов определяется тем, что в рамках проекта будет получен новый уникальный (по комбинации большого поля зрения и глубокого фотометрического предела) материал о состоянии диффузной среды близких галактик. Этот даст возможность сравнить ситуацию с состоянием ионизованного газа в современную эпоху с тем, что наблюдается в молодой Вселенной на больших красных смещениях, согласно наблюдениям на крупнейших телескопах мира. Обработка и анализ наблюдений позволят принципиально продвинуться в нашем понимании физического состояния газа во внешних областях галактик, ввести ограничения на ряд существующих теоретических моделей галактической эволюции. Практическая значимость результатов связана с внедрением в российскую наземную астрономия новых методов изучения протяженных объектов низкой поверхностной яркости, методов редукции и анализа данных наблюдений.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Разработан и изготовлен фотометр с перестраиваемым фильтром - "Картировщик узких галактических линий" (Mapper of Narrow Galaxy Lines, MaNGaL). Принцип действия прибора основан на применении сканирующего интерферометра Фабри-Перо, работающего в режиме перестраиваемого фильтра с шириной полосы ~2 нм. Это позволяет строить раздельно изображения в близких по длинам волн эмиссионных линиях, имеющих различные условия возбуждения и выполнять диагностику состояния ионизованного газа (отношение линий [NII]6583/H-alpha для выделения областей ударного возбуждения, линий дублета [SII]6717,6731 для измерения электронной плотности и т.п.) Прибор прошел успешные испытания на 1-м телескопе "Цейсс-1000" САО РАН и 2.5-м телескопе Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ. На 2.5-м телескопе КГО выполнены пробные наблюдения линий ионизованного газа в различных протяженных астрономических объектах: галактик с активным ядром или галактическим ветром (M82, NGC1275, NGC1569), карликовых галактик, планетарных туманностей. Новость на сайте САО РАН: https://www.sao.ru/Doc-k8/Events/2017/Moiseev/moiseev_rus.html Завершены работы по модернизации платформы-адаптера прибора SCORPIO-2 первичного фокуса 6-м телескопа САО РАН. Прибор имеет два подвижных поля гидирования диаметром 54'', которые перемещаются в прямоугольных полях размером 10'x4.5' каждое. Предельные величины пригодных для гидирования звезд: R~17 mag. В устройстве реализован автоматический поиск звезд гидирования, контроль по их яркости вариаций прозрачности атмосферы и фокусировка телескопа во время экспозиции. В тракте калибровки, имеется возможность засветки спектрографа как источником линейчатого спектра (лампа с наполнением He-Ne-Ar), так и источником непрерывного спектра. В качестве последнего используется либо галогеновая лампа, либо набор светодиодов, дающих засветку с приблизительно одинаковой интенсивностью в диапазоне длин волн 350-950 нм. Опубликована статья с описанием платформы-адаптера. В течение 2017 года были получены данные о состоянии ионизованного газа во внешних областях 9-ти галактик с активным ядром, и 8-ми галактик с протяженными некопланарными газовыми дисками из обзора MaNGA/SDSS. Наблюдения выполнялись с длиннощелевыми спектрографами SCORPIO и SCORPIO-2 на 6-м телескопа САО РАН и со спектрографом АДАМ на 1.6-м телескопе Саянской обсерватории. Для четырех из исследованных спектрально галактик получены глубокие изображения в эмиссионных линиях [OIII] и Н-alpha с помощью 1-м телескопа Шмидта Бюраканской обсерватории в Армении. В результате спектральных наблюдений на 6-м телескопе САО РАН и первых наблюдений фотометра с перестраиваемым фильтром MaNGaL на 2.5-м телескопе КГО ГАИШ МГУ открыт протяженный конус ионизации в галактике IC 1481. На 6-м телескопе САО РАН с помощью сканирующего интерферометра Фабри-Перо в составе прибора SCORPIO-2 изучена кинематика ионизованного газа на больших расстояниях от центра в 6-ти галактиках с внешними филаментами и 2-х галактиках с полярными газовыми дисками из обзора (MaNGA/SDSS). Открыта гигантская (размером ~25 кпк) система внешних облаков ионизованного газа в галактике с активным ядром SDSS J0154+6437. В галактике IC 4612 обнаружен гигантский (r=9 кпк) внутренний полярный газовый диск. В наблюдениях на 6-м телескопе САО РАН и 1-м телескопе Шмидта БАО (Армения) изучена морфология и кинематика ионизованного газа в известной галактике с активным ядром Mrk 6. Обнаружена система протяженных ионизованных филаментов, протянувшихся на 39 кпк (более 4-х оптических радиусов галактики). Филаменты "подсвечиваются" активным галактическим ядром, но их наблюдаемая кинематика соответствует вращению вне плоскости основного диска. При этом данные глубокой (до уровня g=28 mag/arcsec2) фотометрии на 1-м телескопе Шмидта демонстрируют отсутствие здесь звездных структур (приливных рукавов, остатков разрушенного спутника).

 

Публикации

1. Афанасьев В.Л., Амирханян В.Р., Моисеев А.В., Уклеин Р.И., Перепелицын А.Е. SCORPIO-2 guiding and calibration system in the prime focus of the 6-m telescope Astrophysical Bulletin, vol. 72, No 4., pp.458-468 (год публикации - 2017).

2. Додонов С.Н., Котов С.С., Мовсесян Т.А., Геворгян М. One-meter Schmidt telescope of the Byurakan Astrophysical Observatory: new capabilities Astrophysical Bulletin, Vol. 72, No. 4, pp. 473-479 (год публикации - 2017).

3. Котов С.С., Додонов С.Н. Active Galactic Nuclei Search Atoms, vol. 5, 45 (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Завершены испытания блока интегрально-полевой спектроскопии в составе фокального редуктора SCORPIO-2, который устанавливается в первичном фокусе 6-м телескопа САО РАН. Конструкция блока основана на принципе формирования панорамных спектров с помощью линзового растра в сочетании с оптическими волокнами. В блоке используется прямоугольный растр из 22х22 квадратных линз. Масштаб изображения — 0 .75’’/линзу, поле зрения прибора - 16.5х16.5 угловых секунд. Растр содержит также два дополнительных массива 2х7 линз для получения спектров ночного неба, изображения которых отстоят от центра на ~3 угл. мин. При помощи оптических волокон изображения микрозрачков реформируются в две псевдощели, расположенные на входе коллиматора IFU. Набор объемных фазовых голографических решеток (VPHG) обеспечивает в режиме IFU спектральный диапазон 4600–7300 A и разрешение λ/δλ от 1040 до 2800. Квантовая эффективность панорамной спектроскопии со SCORPIO-2 составляет 6–13%. Создан пакет программ для редукции данных с блоком IFU. Информация о конструкции блока IFU, методах обработки данных и результаты тестовых наблюдений приводятся на веб-странице прибора: https://serv.sao.ru/hq/lsfvo/devices/scorpio-2/ifu_rus.html По данным спектроcкопии с длинной щелью с прибором SCORPIO-2 первичного фокуса 6-м-телескопа САО РАН изучено состояние ионизации и распределение обилия кислорода [O/H] в полярных структурах в выборке из 15 галактик с полярными кольцами (ГПК). Обнаружено, что ионизация газа молодыми звездами доминирует во внешних частях полярных дисков, в то время как ударные волны вносят существенный вклад в возбуждение эмиссионных линий во внутренних частях полярных структур, близких к основным звездным дискам ГПК. Эта картина согласуется с предсказаниями модели столкновения газовых облаков на полярных орбитах со звездным диском. Выполненное исследование в три раза увеличивает количество полярных структур с имеющимися оценками содержания кислорода. Измеренные значения [O/H] близки к солнечному, газ низкой металличности не обнаружен. Полученные результаты ограничивают число сценариев формирования полярных компонентов в галактиках. В частности, для рассматриваемой выборки галактик исключен популярный сценарий образования полярных колец при холодной аккреции газа из космологических филаментов. В течение 2018 года были получены данные о состоянии ионизованного газа во внешних областях 13 галактик с активным ядром, и 7 галактик с протяженными некомпланарными газовыми дисками из обзора MANGA/SDSS. Наблюдения выполнялись с длиннощелевыми спектрографами SCORPIO и SCORPIO-2 на 6-м телескопа САО РАН. Для четырех галактик получены глубокие изображения с помощью 1-м телескопа Шмидта Бюраканской обсерватории в Армении. С помощью фотометра с перестраиваемым фильтром MaNGaL на 1-м телескопе САО РАН и 2.5-м телескопе КГО ГАИШ МГУ получены изображений в эмиссионных линиях 12 галактик различных типов. В результате перечисленных наблюдений открыты 5 систем газовых облаков за пределами галактических дисков, ионизованные активным ядром. Выполнено исследование состояния ионизации газа в компаньонах активных галактик, отобранных по SDSS. В изначальной выборке 232 галактик выявлено десять случаев так называемой кросс-ионизации, когда конус жесткого излучения активного ядра ионизует газ в диске компаньона. Анализ данных позволил оценить средний раствор конуса ионизации - около 70 градусов. В рамках данного проекта РНФ изучено два наиболее интересных случая двойных активных галактик, когда каждое ядер ионизует газ в диске “соседки”: NGC 5278/79 (спектроскопия на 6-м телескопе) и UGC 6081 (наблюдения на 2.5-м телескопе с MaNGaL). В обоих системах обнаружены конусы ионизации протяженностью не менее 15 кпк. Реализована идея диагностики состояния межзвездной среды галактик на основе совместного использования данных о кинематике ионизованного газа в галактиках, полученных с помощью сканирующего интерферометра Фабри-Перо и данных интегрально-полевой спектроскопии о потоках в эмиссионных линиях с низким спектральным разрешением. Использование карт дисперсии скоростей газа, построенных с помощью сканирующего ИФП высокого спектрального разрешения позволило изучить источники ионизации газа в нескольких близких галактиках с малым темпом звездообразования: галактический ветер в UGC 10043, карликовые галактики VII Zw 403 и Mrk 35, галактика с полярным кольцом Arp 212. Показано, что наблюдается положительная корреляция между дисперсией лучевых скоростей и вкладом ударного возбуждения в ионизацию газа. В частности, при изучении Arp 212 подтверждено предположение о прямом столкновении газовых облаков на наклонных орбитах с основным диском галактики.

 

Публикации

1. - Вокруг галактики Mrk 6 нашли гигантскую систему газовых облаков Индикатор, - (год публикации - ).

2. - Российские ученые обнаружили гигантскую систему газовых облаков вокруг галактики Mrk 6 ТАСС, - (год публикации - ).

3. Афанасьев В.Л., Егоров О.В., Перепелицын А.Е. IFU Unit in Scorpio-2 Focal Reducer for Integral-Field Spectroscopy on the 6-m Telescope of the Special Astrophysical Observatory of the Russian Academy of Sciences Astrophysical Bulletin, Volume 73, Issue 3, pp.373-386 (год публикации - 2018).

4. Килл В.С., Бенет В.Н., Панкост А., Харис С.Е., Нинюерг А., Чойновски Д., Моисеев А.В., Опарин Д.В., Линтотт С.Дж., Счавински К., Митчел Г., Конен С. AGN photoionization of gas in companion galaxies as a probe of AGN radiation in time and direction Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, - (год публикации - 2019).

5. Опарин Д.В., Моисеев А.В. ПОИСК ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗАЦИИ ГАЗА В ГАЛАКТИКАХ: ДОПОЛНЕНИЕ К КЛАССИЧЕСКИМ МЕТОДАМ Известия Крымской астрофизической обсерватории, том. 114, N 1, стр. 186-191 (год публикации - 2018).

6. Опарин Д.В., Моисеев А.В. Diagnostics of Ionized Gas in Galaxies with the "BPT-Radial Velocity Dispersion" Relation Astrophysical Bulletin, Volume 73, Issue 3, pp.298-309 (год публикации - 2018).

7. Перепелицын А.Е., Моисеев А.В., Опарин Д.В. Редуктор светосилы MaNGaL с перестраиваемыемым фильтром для малых и средних телескопов известия главной астрономической обсерватории в пулкове, - (год публикации - 2019).

8. Смирнова А.А., Моисеев А.В., Додонов С.Н. A close look at the well-known Seyfert galaxy: extended emission filaments in Mrk 6 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 481, Issue 4, p.4542-4547 (год публикации - 2018).