Зависимость Талли — Фишера

Зависимость Талли — Фишера (англ. Tully–Fisher relation) — это эмпирически полученное соотношение, связывающее массу или собственную светимость спиральной галактики и скорость её вращения или ширину линий излучения в её спектре. Впервые была опубликована в 1977 году Ричардом Талли и Джеймсом Фишером^[1]. Светимость галактики определяется по данным о видимой звёздной величине и расстоянии до галактики, ширина спектральных линий измеряется методами спектроскопии с длинной щелью.

Зависимость Талли — Фишера для спиральных и линзовидных галактик

Существуют различные варианты данной зависимости. Талли и Фишер рассматривали светимость в оптическом диапазоне спектра, однако последующие исследования показали, что зависимость является более тесной для микроволнового (K-диапазон) и инфракрасного диапазонов спектра, по наблюдениям в которых получают оценки массы звёздной составляющей галактик. Связь светимости и максимальной скорости вращения имеет вид:

\text{[math]}

L\sim (v_{\text{max}})^{\beta },

L\sim (v_{\text{max}})^{\beta },

причём показатель степени $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\beta$ $\beta$ зависит от диапазона излучения:

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\beta =3{,}0$ $\beta =3{,}0$ для излучения в полосе B (λ = 400 нм),
$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\beta =3{,}2$ $\beta =3{,}2$ для излучения в полосе I (λ = 800 нм),
$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\beta =4{,}2$ $\beta =4{,}2$ для излучения в полосе H (λ = 1200 нм).

Более тесной зависимость становится при рассмотрении полной барионной массы галактики вместо светимости^[2]. Подобный вид зависимости называется барионным соотношением (зависимостью) Талли — Фишера, в соответствии с которым полная барионная масса галактики пропорциональна скорости вращения в степени 3,5—4^[3].

Данная зависимость может быть использована для определения расстояния до спиральных галактик, поскольку позволяет оценить светимость (и абсолютную звёздную величину) галактики на основе данных о ширине линий в спектре. Затем расстояние можно определить путём сопоставления абсолютной и видимой звёздных величин. Следовательно, зависимость Талли — Фишера является частью шкалы расстояний в астрономии.

В рамках парадигмы тёмной материи скорость вращения галактики (и, следовательно, ширина спектральных линий) во многом определяется массой гало тёмной материи, в которое погружена галактика, вследствие чего зависимость Талли — Фишера в том числе показывает связь массы видимой и тёмной материи. В рамках модифицированной ньютоновской динамики (MOND) барионное соотношение Талли — Фишера с показателем степени, в точности равным 4, является прямым следствием закона для гравитационной силы, справедливого при малых ускорениях^[4]. Зависимость Талли-Фишера может быть получена и в рамках классической теории гравитации без привлечения темной материи, если сделать предположение, что спиральные галактики зародились вокруг сверхмассивных черных дыр^[5].

Для линзовидных галактик соотношение также выполняется, но при равных массах (или светимостях) линзовидные галактики вращаются быстрее спиральных^[6]. Аналогом данной зависимости для эллиптических галактик является соотношение Фабер — Джексона.

ПримечанияПравить

↑ Tully, R. B., Fisher, J. R., «A new method of determining distances to galaxies». (pdf) Astronomy and Astrophysics, vol. 54, no. 3, Feb. 1977, pp. 661—673. (abs).
↑ S. S. McGaugh, J. M. Schombert, G. D. Bothun, W. J. G. de Blok (2000), «The Baryonic Tully-Fisher Relation», arXiv:astro-ph/0003001.
↑ S. Torres-Flores, B. Epinat, P. Amram, H. Plana, C. Mendes de Oliveira (2011), «GHASP: an H_α kinematic survey of spiral and irregular galaxies — IX. The NIR, stellar and baryonic Tully-Fisher relations», arXiv:1106.0505.
↑ S. McGaugh (2011), «The Baryonic Tully-Fisher Relation of Gas-Rich Galaxies as a Test of ΛCDM and MOND», ApJ, arXiv:1107.2934.
↑ Nick Gorkavyi. Accretion of Galaxies around Supermassive Black Holes and a Theoretical Model of the Tully-Fisher and M-Sigma Relations (англ.) // Galaxies. — 2022-06. — Vol. 10, iss. 3. — P. 73. — ISSN 2075-4434. — doi:10.3390/galaxies10030073.
↑ Blanton, Michael; John Moustakas. Physical Properties and Environments of Nearby Galaxies (англ.) // Annual Review of Astronomy and Astrophysics (англ.) (рус. : journal. — 2009. — Vol. 47, no. 1. — P. 159—210. — doi:10.1146/annurev-astro-082708-101734. — Bibcode: 2009ARA&A..47..159B. — arXiv:0908.3017.

СсылкиПравить

Соотношение Талли — Фишера на Scholarpedia: статья Р. Б. Талли

[1] Tully, R. B., Fisher, J. R., «A new method of determining distances to galaxies». (pdf) Astronomy and Astrophysics, vol. 54, no. 3, Feb. 1977, pp. 661—673. (abs).

[2] S. S. McGaugh, J. M. Schombert, G. D. Bothun, W. J. G. de Blok (2000), «The Baryonic Tully-Fisher Relation», arXiv:astro-ph/0003001.

[3] S. Torres-Flores, B. Epinat, P. Amram, H. Plana, C. Mendes de Oliveira (2011), «GHASP: an H_α kinematic survey of spiral and irregular galaxies — IX. The NIR, stellar and baryonic Tully-Fisher relations», arXiv:1106.0505.

[4] S. McGaugh (2011), «The Baryonic Tully-Fisher Relation of Gas-Rich Galaxies as a Test of ΛCDM and MOND», ApJ, arXiv:1107.2934.

[5] Nick Gorkavyi. Accretion of Galaxies around Supermassive Black Holes and a Theoretical Model of the Tully-Fisher and M-Sigma Relations (англ.) // Galaxies. — 2022-06. — Vol. 10, iss. 3. — P. 73. — ISSN 2075-4434. — doi:10.3390/galaxies10030073.

[BMReview-6] Blanton, Michael; John Moustakas. Physical Properties and Environments of Nearby Galaxies (англ.) // Annual Review of Astronomy and Astrophysics (англ.) (рус. : journal. — 2009. — Vol. 47, no. 1. — P. 159—210. — doi:10.1146/annurev-astro-082708-101734. — Bibcode: 2009ARA&A..47..159B. — arXiv:0908.3017.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]