Обзор галактик 6dF

Обзор галактик 6dF
Файл:6dF Galaxy Survey.png Крупномасштабное распределение галактик в Южном полушарии неба по данным обзора 6dFGS. Указаны все галактики со склонениями от 0 до –90°. Вдоль радиальной линии указано красное смещение галактик, вдоль окружности — прямое восхождение.
Страна	Австралия, Великобритания
Исполнитель	Англо-австралийская обсерватория, Австралийский национальный университет, Эдинбургский университет
Начало	2001
Завершение	2005
Сайт	www.6dfgs.net

Обзо́р гала́ктик 6dF (англ. 6dF Galaxy Survey, Six-degree-Field Galaxy Survey, 6dFGS) — астрономический обзор неба, проводившийся в 2001—2005 годах с помощью широкоугольного прибора 6dF (с полем зрения около 6°), установленного на Британском телескопе Шмидта в обсерватории Сайдинг-Спринг (Австралия). Организаторами выступили Англо-австралийская обсерватория, Исследовательская школа астрономии и астрофизики Австралийского национального университета и Отдел широкоугольной астрономии Института астрономии Эдинбургского университета. Проектом руководил Мэтью Коллес из Австралийского национального университета. В задачи обзора входило измерение красного смещения $(z)$ примерно 150 тысяч галактик ближней Вселенной $(z\leq 0,\!15)$ в Южном полушарии неба и пекулярной скорости примерно 10% из них с целью изучения крупномасштабной структуры Вселенной и крупномасштабных движений вещества в ней, анализа статистических взаимосвязей между различными характеристиками галактик, исследования эволюции галактик и др.

Наблюдениями было охвачено почти всё Южное полушарие неба (за исключением области, отстоящей менее чем на 10° от галактического экватора с обеих его сторон), или 41% всей небесной сферы. Обработка наблюдательных данных заняла несколько лет, и окончательные результаты были опубликованы в 2009 году. На момент публикации результатов обзор 6dF являлся третьим по величине обзором красных смещений после Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS) и обзора красных смещений галактик 2dF (2dFGRS). В результате были измерены красные смещения для 110 256 и пекулярные скорости для 8885 галактик, построены карты крупномасштабного распределения близких галактик Южного полушария неба, обнаружены барионные акустические осцилляции и измерены некоторые космологические параметры.

Описание

Обзор проводился с помощью прибора 6dF (англ. Six Degree Field), установленного на 1,24-метровом Британском телескопе Шмидта (рис. 1, 2) в обсерватории Сайдинг-Спринг (Австралия) и введённого в эксплуатацию в первой половине 2001 года. Данный прибор, имеющий широкое поле зрения и предназначенный для проведения многообъектных спектроскопических обзорных наблюдений неба в автоматизированном режиме, был способен одновременно регистрировать излучение 150 объектов в участке небесной сферы угловым диаметром 5,7° (с чем и связано название самого прибора и обзора). Затем излучение, собранное на специальной пластине в фокальной плоскости, с помощью 150 оптических волокон направлялось в спектрограф для последующего анализа. После этого специальный роботизированный позиционер автоматически перенастраивал пластину с оптоволокном для наблюдения следующего участка неба. При этом использовалось две заменяемые пластины: пока одна участвовала в наблюдениях, вторая перенастраивалась. Такая система позволяла проводить спектроскопические исследования большого количества объектов за относительно короткие сроки. Всего наблюдалось 1526 таких участков неба, и полученные данные для 1447 их них попали в финальные опубликованные результаты обзора (остальные были отброшены из-за низкого качества полученных данных).

Файл:UKST Dome 2.jpg

Рис. 1. Купол Британского телескопа Шмидта (UKST) в обсерватории Сайдинг-Спринг (Австралия).

Наблюдениями была охвачена бо́льшая часть Южного полушария неба с галактической широтой $|b|>10^{\circ }$ (т. е. исключалась область, отстоящая менее чем на 10° от галактического экватора с обеих его сторон, ввиду того, что в этой полосе велико поглощение излучения галактической пылью). Общая площадь наблюдавшейся области составляет 17 046 квадратных градусов (41% всей небесной сферы), что на порядок больше суммарной площади обзора красных смещений галактик 2dF (~2000 квадратных градусов) и на момент публикации финальных результатов обзора более чем в 2 раза превышало площадь спектроскопических наблюдений Слоуновского цифрового обзора неба. Максимальное красное смещение галактик составляло $z_{max}\approx 0,\!15$ (что соответствует расстояниям до 2 млрд световых лет), среднее — ${\overline {z}}=0,\!053$. Хотя глубина данного обзора меньше, чем у 2dF, вследствие более широкого охвата небесной сферы сопутствующий объём пространства, охваченный обзором 6dF, примерно такой же, как и у обзора 2dF.

Первоначально в задачи проекта входило измерение красного смещения 150 тысяч галактик и пекулярной скорости 15 тысяч из них. Пекулярная скорость галактики может быть определена по разнице между её полной скоростью, измеренной по красному смещению, и скоростью хаббловского убегания галактики (обусловленного расширением Вселенной), вычисленной с помощью расстояния до неё на основе закона Хаббла. Для использования этого метода нужно найти расстояние до галактики независимым способом. Расстояние находилось для галактик раннего типа (эллиптических и линзовидных) с помощью фундаментальной плоскости, т. е. статистической зависимости между эффективным радиусом галактики, её средней поверхностной яркостью и дисперсией скоростей внутренних движений её компонентов.

Файл:UKST 6dF disp.png

Рис. 2. Британский телескоп Шмидта (сверху) и роботизированный позиционер (снизу).

Одной из особенностей обзора галактик 6dF по сравнению с другими похожими обзорами (такими, как 2dF и SDSS) является отбор источников по их блеску в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, а не в видимом. Объектом исследований в рамках обзора была выборка галактик из расширенного каталога 2MASS (англ. 2MASS Extended Source Catalog, XSC) с блеском, превышающим 12,65^m в фотометрической полосе K (ближний ИК-диапазон). Данная, основная, выборка (т  н. К-выборка) была дополнена вторичными виборками, включающими галактики из каталога 2MASS ярче 12,95^m и 13,75^m соответственно в фотометрических полосах H и J (находящихся в ближнем инфракрасном диапазоне спектра), а также галактики из каталога SuperCOSMOS ярче 15,60^m и 16,75^m в фотометрических полосах R_F и B_J (относящихся соответственно к красной и синей областям видимого диапазона длин волн). Отбор галактик по их блеску в ближнем ИК-диапазоне вместо видимого даёт обзору 6dF несколько преимуществ по сравнению с более крупными обзорами, охватывавшими бо́льшее число галактик (2dF и SDSS):

• в ближнем инфракрасном диапазоне спектра излучения галактик доминирует излучение их старых звёздных населений, масса которых составляет основную часть полной звёздной массы галактики. Поэтому звёздная величина галактики в ближнем ИК-диапазоне является хорошим индикатором суммарной массы её звёзд. В видимой же области спектра доминирует излучение более молодых и более голубых звёзд и, следовательно, блеск галактики в данном диапазоне в большей степени характеризует интенсивность звездообразования в ней нежели её звёздную массу;

• в совокупности галактик, отобранной таким образом, наибольшую долю составляют эллиптические и линзовидные галактики, для которых можно определить расстояния и, следовательно, пекулярные скорости с помощью фундаментальной плоскости;

• чем больше длина волны излучения, тем меньше оно поглощается межзвёздной пылью (расположенной как в нашей, так и в наблюдаемой галактике). Для наблюдаемых галактик это означает, что общая светимость в ближнем ИК-диапазоне не зависит от ориентации галактики и, следовательно, является надёжной мерой её массы. Кроме того, это означает возможность наблюдать галактики, находящиеся ближе к плоскости Млечного Пути, чем это было бы возможно при отборе по блеску в видимом диапазоне длин волн.

Другим преимуществом обзора 6dF по сравнению с обзорами 2dF и SDSS является широкое поле зрения телескопа, что позволило охватить гораздо бо́льшую часть небесной сферы за разумные сроки.

Цели обзора

В цели обзора галактик 6dF входило, в частности:

• составление каталога красных смещений галактик;

• исследование крупномасштабного распределения галактик в ближней Вселенной, составление его трёхмерной карты и вычисление углового спектра мощности;

• изучение зависимости характеристик галактик (полной звёздной массы, возраста и металличности звёздного населения и др.) от красного смещения и их местной концентрации для достижения более глубокого понимания процессов формирования и эволюции галактик, истории звездообразования в них;

• выявление статистических взаимосвязей между характеристиками галактик (в частности, зависимости функции светимости галактик от их окружения, местной концентрации и морфологического типа);

• анализ зависимости гравитационного скучивания галактик от их звёздной массы (позволяющий, в том числе, исследовать связь истории звездообразования в галактиках и крупномасштабного распределения тёмной материи во Вселенной);

• составление карты поля пекулярных скоростей близких (с красными смещениями $z<0,\!05$) эллиптических и линзовидных галактик, изучение крупномасштабных движений вещества во Вселенной и др. Пекулярные скорости галактик являются важным инструментом исследования крупномасштабного распределения гравитирующей материи, который не полагается на данные о распределении только видимого светящегося вещества.

Результаты

В результате обзора было получено 136 304 спектра, на основе которых были впервые измерены красные смещения 110 256 объектов и составлен новый каталог 125 071 галактик. Кроме того, были измерены пекулярные скорости 8885 галактик. База данных финальных результатов обзора опубликована на сайте Отдела широкоугольной астрономии (WFAU) Института астрономии Эдинбургского университета.

Файл:6dFGS Superclusters.png

Рис. 3. Крупномасштабное распределение галактик в Южном полушарии неба, в интервале склонений от –40° до –30°, по данным обзора 6dFGS. Вдоль радиальной линии указано красное смещение галактик, вдоль окружности — прямое восхождение. Обозначения сверхскоплений галактик нанесены по данным статьи Jones et al., 2009 (с. 696).

По данным о красных смещениях построены карты крупномасштабного распределения галактик в ближней Вселенной (с красными смещениями $z\leq 0,\!1$, что соответствует расстояниям примерно до 1,5 млрд световых лет). На этих картах (рис. 3) хорошо видна «сетчатая» крупномасштабная структура Вселенной, содержащая сверхскопления галактик, филаменты, великие стены и пусто́ты между ними. В частности, было подтверждено существование таких ранее известных структур, как сверхскопления Шепли, Скульптора, Кентавра и Павлина — Индейца, комплекс сверхскоплений Рыб — Кита, стены Скульптора и Печи и др.

Файл:Correlation function of 6dFGS.png

Рис. 4. Корреляционная функция распределения галактик, измеренная по результатам обзора 6dF (точки), и теоретические корреляционные функции, рассчитанные при разных значениях космологических параметров (сплошные линии). Наилучшее соответствие между теорией и наблюдательными данными достигается при $\Omega _{m}h^{2}=0,\!135\pm 0,\!020$ (чёрная линия).

По результатам обзора была построена корреляционная функция распределения галактик и обнаружен сигнал барионных акустических осцилляций на масштабе $105\,h^{-1}$ Мпк (рис. 4). Это в очередной раз (после аналогичных открытий по результатам обзоров 2dF и SDSS) подтвердило справедливость теоретических представлений о процессах, происходящих в ранней Вселенной (распространение в первичной плазме упругих волн плотности, вызванных первичными возмущениями, и остановка этих волн после эпохи рекомбинации). Сравнение наблюдаемой формы корреляционной функции с теоретически рассчитанными при различных значениях космологических параметров позволило наложить ограничения на эти параметры. Наилучшее соответствие между теоретическими расчётами и наблюдательными данными достигается при $\Omega _{m}h^{2}=0,\!135\pm 0,\!020$, где $\Omega _{m}$ — космологический параметр плотности нерелятивистской материи (включающей в себя барионное вещество и холодную тёмную материю), $h$ – современное значение параметра Хаббла, выраженное в единицах 100 км/(с ∙ Мпк). Данные обзора позволили также определить по отдельности значение постоянной Хаббла, $H_{0}=67\pm 3,\!2$ км/(с ⋅ Мпк), и параметра плотности нерелятивистской материи: $\Omega _{m}=0,\!296\pm 0,\!028$.

Объединение данных обзора галактик 6dF с данными других проектов помогает уменьшить неопределённость значений космологических параметров. Совместный анализ результатов обзоров 6dF и SDSS, а также данных по анизотропии реликтового излучения, полученных космической обсерваторией WMAP, приводит к следующим значениям космологических параметров: $H_{0}=68,\!7\pm 2,\!8$ км/(с ⋅ Мпк); $\Omega _{m}=0,\!293\pm 0,\!027$; параметр плотности тёмной энергии: $\Omega _{\Lambda }=0,\!707\pm 0,\!027$; параметр уравнения состояния тёмной энергии (коэффициент пропорциональности между давлением и плотностью энергии): $w=-0,\!97\pm 0,\!13$.

В 2003—2013 годах возможности прибора 6dF по осуществлению многообъектной спектроскопии также использовались для проведения спектроскопических измерений лучевых скоростей и металличности около полумиллиона звёзд нашей Галактики (англ. Radial Velocity Experiment, RAVE). В рамках этого международного проекта получено около 500 тысяч высококачественных спектров (с разрешением $R\sim 7500$), точность определения скорости составляет 1—2 км/с.

Литература

• (2004) «The 6dF Galaxy Survey: Samples, observational techniques and the first data release». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 355 (3): 747—763. DOI:10.1111/j.1365-2966.2004.08353.x. Bibcode: 2004MNRAS.355..747J.

• (2005) «The 6dF Galaxy Survey: First Data Release». Astronomical Society of the Pacific Conference Series Vol. 329. Nearby Large-Scale Structures and the Zone of Avoidance (Proceedings of the Conference Held 28 March – 2 April, 2004 in Cape Town, South Africa): P. 11–20. Bibcode: 2005ASPC..329...11J.

• (2009) «The 6dF Galaxy Survey: Final redshift release (DR3) and southern large-scale structures». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 399 (2): 683–698. DOI:10.1111/j.1365-2966.2009.15338.x. Bibcode: 2009MNRAS.399..683J.

• (2011) «The 6dF Galaxy Survey: Baryon acoustic oscillations and the local Hubble constant». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 416 (4): 3017–3032. DOI:10.1111/j.1365-2966.2011.19250.x. Bibcode: 2011MNRAS.416.3017B.

• (2014) «The 6dF Galaxy Survey: Fundamental Plane data». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 443 (2): 1231—1251. DOI:10.1093/mnras/stu1198. Bibcode: 2014MNRAS.443.1231C.

• (2014) «The 6dF Galaxy Survey: Peculiar velocity field and cosmography». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 445 (3): 2677–2697. DOI:10.1093/mnras/stu1743. Bibcode: 2014MNRAS.445.2677S.

Ссылки

• 6dF // Australian National University. — Дата обращения: 05.03.2025.
• 6dF Galaxy Survey. — Дата публикации: 16.09.2014. — Дата обращения: 05.03.2025.
• 6dF Galaxy Survey Database – Final Data Release (DR3). — Дата публикации: 31.03.2009. — Дата обращения: 05.03.2025.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Обзор галактик 6dF», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Обзор_галактик_6dF» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».