3.6 Орбитальная скорость Солнца

Исследование лучевых скоростей близких галактик, описанное в предыдущих разделах, позволяет независимо оценить круговую скорость вращения Галактики в окрестностях Солнца V₀^G, которая наряду с расстоянием до центра Галактики R₀^G является одним из основных параметров, характеризующих глобальную структуру нашей Галактики.

Большинство оценок V₀^G сделано по движениям звёзд и газовой подсистемы Галактики. Эти измерения подытожила комиссия MAC N 33, которая в 1964 г. рекомендовала как стандартные следующие значения:

$$\begin{array}{ll} V_0^G=250{\rm ~км/с}, & R_0^G=10{\rm ~кпк},... ...ulticolumn{2}{c}{ \omega_0=A-B=25{\rm ~км/с/кпк}, } \end{array}$$ (3.7)

где угловая скорость вращения диска на расстоянии Солнца $\omega_0$ выражена через постоянные Оорта A и B. Позднее Kerr & Lynden-Bell [89] провели критический анализ опубликованных оценок V₀^G, R₀^G и получили средние по разным методам значения

$$\begin{array}{ll} V_0^G=220\pm20{\rm ~км/с}, & R_0^G=8.5\pm1.... ...mn{2}{c}{ \omega_0=A-B=26.4\pm1.9{\rm ~км/с/кпк}, } \end{array}$$ (3.8)

которые были одобрены комиссией MAC в качестве нового стандарта [32]. Тенденция к понижению значений V₀^G и R₀^G прослеживается и в более поздних публикациях. Так, Никифоров и Петровская [2] провели детальный анализ кривой вращения Галактики по данным о кинематике водородного диска и HII областей и получили как наиболее оптимальные значения

$$\begin{array}{ll} V_0^G=R_0^G\omega_0=198\pm30{\rm ~км/с}, & R_0^G=7.5\pm1.0{\rm ~кпк}. \end{array}$$ (3.9)

Исследуя распределение лучевых скоростей у 1936 звёзд, Beers & Sommer-Larsen [10] пришли к заключению, что совокупность наблюдательных данных хорошо представляется моделью не вращающегося гало и толстого диска с параметрами R₀^G=8.0 кпк, V₀^G=220 км/с. Согласно Dambis et al. [28], по кинематике звёзд типа RR Лиры, наиболее вероятные значения рассматриваемых параметров составляют

$$\begin{array}{ll} V_0^G=187\pm15{\rm ~км/с}, & R_0^G=7.1\pm0.5{\rm ~кпк}. \end{array}$$ (3.10)

Несмотря на удовлетворительное взаимное согласие большинства оценок V₀^G, Kerr & Lynden-Bell [89] высказывали предостережение о существовании различных причин, например, некруговых движений, которые могут приводить к систематической ошибке в определении V₀^G ``внутренними'' методами, основывающимися на анализе лучевых скоростей и/или собственных движений объектов, принадлежащих различным подсистемам Галактики. Поэтому представляется полезным сравнить, насколько хорошо согласуются между собой внутренняя и внешняя оценки V₀^G.

В предыдущих разделах (3.3) были определены параметры апекса Солнца и центра Галактики по отношению к 103 близким галактикам.

Дрейф апекса центра Галактики был показан на рисунке 3.3, а подробное описание можно прочесть на странице . Из представленных данных следует, что с увеличением рассматриваемого объёма положение ``бегущего'' апекса приближается к M 31, а затем при R>0.7 Мпк удаляется к асимптотическому значению { $l=100^\circ$, b=-4}. При $R\simeq0.7$ Мпк центр нашей Галактики имеет скорость движения к апексу $\sim90$ км/с. Согласно Yahil et al. [155] и Sandage [127], как величина, так и направление скорости Галактики к апексу вполне объяснимы локальной причиной -- гравитационным притяжением соседней галактики M 31. При этом однако имеются малые неувязки, величина которых зависит от принимаемого значения орбитальной скорости Солнца V₀^G.

 

Таблица 1.1:

	V0G, (км/с)
	200	220	240	245	250	260
$\lambda({\rm M~31})$,$(^\circ)$	7.8	4.0	0.8	0.8	1.7	7.6
$\lambda({\rm M~31+M~33})$,$(^\circ)$	9.0	5.0	1.4	0.2	0.6	6.4
$\triangle V_{\rm M~31}$,(км/с)	-138	-123	-106	-103	-98	-91
$\triangle V_{\rm M~31+M~33}$,(км/с)	-131	-117	-100	-97	-92	-85
$V^{\rm apex}_{\rm MW}$,(км/с)	107	90	70	66	62	54
$\left(V^R_{\rm MW}/V^R_{\rm M~31}\right)^{3.5}$	0.61	0.82	1.08	1.16	1.24	1.41
$\left(-V_{\rm M~31+M~33}-V^{\rm apex}_{\rm MW}\right)/V^{\rm apex}_{\rm MW}$	0.22	0.30	0.43	0.47	0.49	0.57

Чтобы оценить, как влияет выбор величины V₀^G на поведение апекса центра Галактики, мы решали регрессионную задачу (3.2) при значениях V₀^Gв интервале от 200 до 260 км/с. Результаты представлены в таблице 3.3, строки которой содержат следующие данные:

$\lambda({\rm M~31})$

-- минимальное угловое расстояние в градусах, на котором трасса бегущего апекса проходит относительно M 31.

$\lambda({\rm M~31+M~33})$

-- аналогичное расстояние по отношению к динамическому центру пары M 31+M 33. Положение этой точки практически совпадает с динамическим центром всей группы вокруг M 31, поскольку суммарная масса остальных членов группы пренебрежимо мала. Для полных масс M 31 и M 33 мы принимаем отношение 12:1 [73].

$\triangle V_{\rm M~31}$

-- разность лучевых скоростей между центрами M 31 и нашей Галактики.

$\triangle V_{\rm M~31+M~33}$

-- аналогичная разность для динамического центра пары M 31+M 33.

$V^{\rm apex}_{\rm MW}$

-- скорость движения центра Галактики к апексу, определяемая при R=0.7 Мпк.

$\left(V^R_{\rm MW}/V^R_{\rm M~31}\right)^{3.5}$

-- отношение масс нашей Галактики и M 31 в предположении, что масса спиральных галактик пропорциональна амплитуде кривой вращения V^R в степени 3.5. Для M 31, согласно Tully [146], $V^R_{\rm M~31}=254$ км/с, а для нашей Галактики, по данным Fich & Tremaine [47] и Никифорова и Петровской [2], принимаем $V^R_{\rm MW}\simeq V_0^G+20$ км/с.

$\left(-V_{\rm M~31+M~33}-V^{\rm apex}_{\rm MW}\right)/V^{\rm apex}_{\rm MW}$

-- отношение масс Галактики и M 31, полученное из условия, что вклад индивидуальных пекулярных скоростей этих галактик в наблюдаемую разность их лучевых скоростей обратно пропорционален массам галактик. Такое условие подразумевает, что угловой орбитальный момент у центров групп равен нулю [155].

Из данных таблицы 3.3 можно сделать следующие заключения:

1.

С увеличением круговой скорости Солнца положение апекса на небе при $R\simeq0.7$ приближается к M 31, совмещаясь с центроидом группы M 31 при V₀^G=245 км/с. Заметим, что формальные погрешности определения скорости в направлении апекса и его положения составляют $\sim5$ км/с и $\sim2^\circ$. Если вектор пекулярной скорости Галактики целиком обусловлен притяжением к M 31 и M 33 и ориентирован строго на динамический центр этой группы, то оптимальной оценкой круговой скорости Солнца будет $V_0^G=245\pm10$ км/с.

2.

Для выборки 103 ближайших галактик с измеренными расстояниями среднеквадратичное отклонение скорости относительно хаббловского расширения V=HR составляет $\sigma_V=72$ км/с (см. страницу ). Основной вклад в неё дают карликовые объекты, которые доминируют в этой выборке, ограниченной расстоянием, а не светимостью галактик. Из общих динамических соображений можно полагать, что у нашей массивной галактики пекулярная скорость $V^{\rm apex}_{\rm MW}$ не превышает $\sigma _V$. Такое условие приводит к ограничению $V_0^G\ge237$ км/с.

3.

Наша Галактика и M 31 имеют сходный морфологический тип Sb. Основываясь на количественном сравнении совокупности глобальных характеристик обеих галактик, McCall [110] получил оценку соотношения их масс ${\cal M}_{\rm MW}/{\cal M}_{\rm M~31}=0.80\pm0.20$. Согласно данным строки 6 таблицы 3.3, такое отношение выполняется при $V_0^G=200\div235$ км/с.

4.

Из пропорций пекулярных лучевых скоростей оценка отношения масс Галактики и M 31 оказывается примерно в 2.5 раза меньше предыдущей. Чтобы согласовать между собой значения ${\cal M}_{\rm MW}/{\cal M}_{\rm M~31}$ из строк 6 и 7 таблицы 3.3, необходимо было бы уменьшить пекулярную скорость Галактики в направлении к M 31 всего на 20 км/с. Возможно, к этому приведет учёт движения Галактики относительно барицентра системы, которую она образует с Магеллановыми Облаками.

Итак, для определения орбитальной скорости Солнца по лучевым скоростям и расстояниям близких галактик необходимо привлекать дополнительные, хотя и вполне правдоподобные предположения о соотношении масс и пекулярных скоростей у самых близких объектов. Приведенные выше оценки V₀^G имеют взаимный разброс $\sim20$ км/с, давая в качестве наиболее вероятного значение V₀^G=235 км/с. Эта ``внешняя'' оценка удовлетворительно согласуется с типичной ``внутренней'' оценкой $220\pm20$ км/с, получаемой из кинематики газа и звёздных подсистем Галактики.