4.4 Хаббловская зависимость в близких окрестностях Местной группы

До недавнего времени расстояния галактик в непосредственных окрестностях Местной группы (1<D<3 Мпк) были известны с довольно низкой точностью. Оценки расстояния у некоторых из них (Pegasus, Leo A, GR 8, DDO 210) претерпели изменение в 2 и более раза! С применением высокоточных методов (светимости цефеид, звёзд ветви красных гигантов) построение надёжной карты окрестностей Местной группы приближается к завершению. Однако и сейчас происходит обнаружение новых карликовых галактик с расстояниями D<3 Мпк.

 

Таблица: Список галактик за пределами Местной группы с высокоточными оценками расстояний и скоростей

Галактика	l	b	$D\pm\sigma(D)$	$V_h\pm\sigma(V)$	DLG	VLG	год, ссылка
WLM	75.8	-73.6	$0.92\pm.04$	$-116\pm2$	0.78	-10	2000 [38]
Leo A	196.9	52.4	$0.69\pm.06$	$20\pm4$	0.87	-44	1998 [142]
DDO 210	34.0	-31.4	$0.95\pm.05$	$-137\pm5$	0.95	13	1999 [100]
Tucana	322.9	-47.4	$0.88\pm.04$	$130\pm2$	1.10	9	1996 [114]
Sag Irr	21.1	-16.3	$1.06\pm.10$	$-77\pm4$	1.17	23	1999 [74]
kkr 25	83.8	44.4	$1.53\pm.15$	$-135\pm2$	1.48	72	2001 [84]
Sex B	233.2	43.8	$1.29\pm.07$	$301\pm4$	1.56	111	1997 [125]
N 3109	262.1	23.1	$1.26\pm.10$	$403\pm1$	1.64	110	1992 [21]
Antlia	263.1	22.3	$1.32\pm.06$	$361\pm10$	1.70	65	1997 [6]
ESO294-10	320.4	-74.4	$1.71\pm.07$	$117\pm5$	1.71	81	1998 [70]
Sex A	246.1	39.9	$1.42\pm.08$	$324\pm1$	1.74	94	1996 [124]
IC 5152	343.9	-50.2	$1.70\pm.17$	$124\pm3$	1.82	75	1999 [161]
N 6789	95.0	21.5	$2.15\pm.15$	$-141\pm9$	1.90	144	2000 [42]
UA 438	11.9	-70.8	$2.08\pm.12$	$62\pm5$	2.02	99	1999 [101]
kk 230	63.7	72.0	$1.90\pm.20$	$61\pm1$	2.03	125	2001 [56]
N 300	299.2	-79.4	$2.10\pm.20$	$144\pm1$	2.06	114	1992 [46]
DDO 053	149.3	35.0	$2.50\pm.20$	$19\pm10$	2.33	150	2001 [139]
GR 8	310.8	77.0	$2.10\pm.20$	$214\pm3$	2.38	136	1998 [39]
DDO 187	25.6	70.5	$2.50\pm.20$	$154\pm4$	2.70	174	2000 [8]
DDO 190	82.0	64.5	$2.90\pm.20$	$150\pm4$	2.95	263	2000 [7]

Текущая сводка галактик за пределами Местной группы, расстояния которых измерены с точностью не хуже 10% и не превышают 3 Мпк, представлена в таблице 4.1. В её столбцах содержатся следующие данные:
1) -- имя галактики;
2-3) -- галактические координаты;
4) -- расстояние от наблюдателя с указанием стандартной ошибки;
5) -- гелиоцентрическая скорость по данным NED с указанием стандартной ошибки;
6) -- расстояние от барицентра Местной группы, расположенного на 0.44 Мпк от нашей Галактики в направлении к М 31;
7) -- лучевая скорость, приведенная к центроиду Местной группы согласно главе 3;
8) -- источник данных о расстоянии до галактики.
Большинство расстояний было измерено по светимости звёзд ветви красных гигантов, в нескольких случаях оценки D сделаны по светимости цефеид и по флуктуациям поверхностной яркости галактики. Из данных последнего столбца видно, что у 70% галактик оценки расстояния получены в последние три года. Распределение 20 этих галактик по скоростям и расстояниям относительно центроида Местной группы приведено на рисунке 4.6 с указанием ошибок наблюдаемых величин.

  

Рисунок: Зависимость скорость-расстояние относительно центроида Местной группы для 20 галактик с высокоточными оценками расстояний. Три линии соответствуют различным значениям параметра Хаббла: 65, 70 и 75 км/с/Мпк.

  

Рисунок: Хаббловская зависимость для галактик в окрестностях Местной группы. Нелинейный эффект на малых расстояниях обусловлен гравитационным торможением, производимым массой Местной группы. Пересечение трёх линий регрессии с осью $V_{\rm LG}$ соответствует радиусу сферы нулевой скорости для массы Местной группы: $3\cdot 10^{11}$, $1\cdot 10^{12}$ и $3\cdot 10^{12}$  ${\cal M}_\odot$.

Особенности поля пекулярных скоростей в непосредственном окружении Местной группы были рассмотрены Sandage [127,128]. В сферически симметричном приближении торможение космологического расширения галактик в окрестностях Местной группы приводит к искривлению хаббловской зависимости, которая пересекает линию V=0на некотором расстоянии R₀ от центроида Местной группы. Величина R₀ характеризует радиус поверхности нулевой скорости, которая обособляет Местную группу от общего космологического расширения. Согласно Lynden-Bell [102] масса Местной группы, радиус R₀ и глобальная величина постоянной Хаббла H₀ связаны простым соотношением

$${\cal M}_{\rm LG}=(\pi^2/8G)H^2_0 R^3_0,$$ (4.8)

где G -- постоянная гравитации. При значениях суммарной массы Местной группы: $3\cdot 10^{11}$, $1\cdot 10^{12}$, $3\cdot 10^{12}$  ${\cal M}_\odot$ и H₀=70 км/с/Мпк ожидаемая величина радиуса R₀ составляет: 0.60, 0.90 и 1.30 Мпк. Предсказываемая зависимость скорость-расстояние для трёх указанных значений ${\cal M}_{\rm LG}$ при H₀=70 км/с/Мпк показана линиями на рисунке 4.7. Наилучшей оценкой наблюдаемой величины R₀ из приведенных данных является $R_0=0.96\pm0.05$ Мпк, чему соответствует масса Местной группы ${\cal M}_{\rm LG}=1.2\cdot10^{12}{\cal M}_\odot$ со стандартной ошибкой $0.2\cdot10^{12}{\cal M}_\odot$.

Считается общепринятым, что основная масса Местной группы заключена в галактиках Андромеды (М 31) и Млечном Пути. Evans & Wilkinson [43] определили полную массу М 31 по лучевым скоростям 10 её спутников. С учётом лучевых скоростей ещё 5 сфероидальных спутников, недавно измеренных на 10 метровом Keck телескопе [58], оценка полной массы М 31 на шкале $\sim200$ кпк составляет $(0.8\pm0.4)\cdot10^{12}$  ${\cal M}_\odot$. Приблизительно такая же оценка полной массы $(0.86\pm0.4)\cdot10^{12}$  ${\cal M}_\odot$ была получена Zaritsky et al. [156] для нашей Галактики по кинематике её спутников. Таким образом, суммарная вириальная масса обеих подсистем Местной группы достигает $(1.6\pm0.6)\cdot10^{12}$  ${\cal M}_\odot$, что в пределах ошибок хорошо согласуется с оценкой полной массы Местной группы, $(1.2\pm0.2)\cdot10^{12}$  ${\cal M}_\odot$, полученной, исходя из положения сферы нулевой скорости R₀. Поскольку полная светимость Местной группы равна $5.2\cdot10^{10}$  ${\cal L}_\odot$ [25], то отношение её полной массы (в пределах R₀) к полной светимости составляет ${\cal M}/{\cal L}=23\pm4$  ${\cal M}_\odot/{\cal L}_\odot$. Для сравнения укажем, что медианное значение ${\cal M}/{\cal L}$ для 839 групп галактик, расположенных в Местном сверхскоплении, составляет 29 со стандартной ошибкой [+20,-10]  ${\cal M}_\odot/{\cal L}_\odot$ [82]. Следовательно, Местная группа может рассматриваться как типичный представитель малонаселённых систем галактик.

В заключение отметим, что почти все галактики, приведенные на рисунке 4.7, за исключением Antlia (спутник NGC 3109), Leo A и WLM (вероятные периферийные члены Местной группы), являются хорошо изолированными объектами. Дисперсия лучевых скоростей у них относительно зависимости скорость-расстояние составляет 25 км/с. Поскольку характерный ожидаемый разброс этих галактик из-за ошибок определения индивидуальных расстояний и скоростей не превышает 15 км/с, то величину $\sigma_V=20\div25$ км/с для них можно рассматривать как первую надёжную оценку хаотических движений галактик поля в пространстве между группами.