АНАЛИЗ ОРБИТАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ ШАРОВЫХ СКОПЛЕНИЙ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ МЛЕЧНОГО ПУТИ

© 2025  А. Т. Байкова1*, А. А. Смирнов1, В. В. Бобылев1
1Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, Санкт-Петербург, 196140 Россия
*E-mail: bajkova@gaoran.ru
УДК 521.3:524.47-54:524.6
Поступила в редакцию 7 апреля 2025 года; после доработки 29 мая 2025 года; принята к публикации 3 июня 2025 года
Проведен анализ регулярности/хаотичности орбит 45 шаровых скоплений (ШС) в центральной области Галактики радиусом 3.5 кпк, подверженных наибольшему воздействию со стороны вытянутого вращающегося бара. Использованы различные методы анализа, а именно: методы вычисления максимальных характеристических показателей Ляпунова, MEGNO (Mean Exponential Growth factor of Nearby Orbits), метод сечений Пуанкаре, частотный метод, основанный на вычислении фундаментальных частот, а также предложен новый метод, основанный на вычислении амплитудного спектра орбиты как функции времени и энтропии амплитудного спектра как меры хаотичности орбит. Обнаружена бимодальность в гистограмме распределения положительных показателей Ляпунова, вычисленных в классическом варианте, без перенормировки теневой орбиты, позволяющая реализовать вероятностный метод классификации ШС, что является также новым подходом. Для построения орбит шаровых скоплений использована модель гравитационного потенциала с баром в виде трехосного эллипсоида. Приняты следующие параметры бара: масса 1010M, длина большой полуоси 5 кпк, угол поворота оси бара 25°, скорость вращения 40 км с−1 кпк−1. Для формирования 6D-фазового пространства, требуемого для интегрирования орбит, использованы самые точные на сегодняшний день астрометрические данные со спутника Gaia (EDR3), а также новые уточненные средние расстояния до ШС. Проведена классификация ШС с регулярной и хаотической динамикой. Как показал анализ, шаровые скопления, обладающие малыми перицентрическими расстояниями и большими эксцентриситетами, в наибольшей степени подвержены влиянию бара и демонстрируют наибольшую хаотичность. Показано, что результаты классификации шаровых скоплений по характеру орбитальной динамики, полученные с использованием рассмотренных в работе различных методов анализа, хорошо коррелируют друг с другом.
Ключевые слова: Галактика: бар, балдж — шаровые скопления: общие сведения
PDF
ФинансированиеСписок литературы
Данная работа финансировалась за счет средств бюджета института. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.
Список литературы
1. A. T. Bajkova, A. A. Smirnov, and V. V. Bobylev, Publications of the Pulkovo Observatory 228, 1 (2023a). DOI:10.31725/0367-7966-2023-228-1
2. A. T. Bajkova, A. A. Smirnov, and V. V. Bobylev, Astrophysical Bulletin 78 (4), 499 (2023c). DOI:10.1134/S199034132360028X
3. H. Baumgardt and E. Vasiliev, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 505 (4), 5957 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab1474
4. V. V. Bobylev and A. T. Bajkova, Publications of the Pulkovo Observatory 227, 36 (2022). DOI:10.31725/0367-7966-2022-227-3
5. S. Breiter, B. Melendo, P. Bartczak, and I. Wytrzyszczak, Astron. and Astrophys. 437 (2), 753 (2005). DOI:10.1051/0004-6361:20053031
6. O. V. Chumak, Entropies and Fractals in Data Analysis (Moskow–Izhevsk, Institute of Computer Science, R & C Dynamics, 2011) [in Russian]. DOI:10.13140/2.1.4739.6800
7. R. E. G. Machado and T. Manos, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 458 (4), 3578 (2016). DOI:10.1093/mnras/stw572
8. A. V. Mel’nikov, Solar System Research 52 (5), 417 (2018). DOI:10.1134/S0038094618050064
9. A. Morbidelli, Modern Celestial Mechanics. Aspects of Solar System Dynamics (Institute of Computer Science, Moskow–Izhevsk, 2014) [in Russian].
10. K. Murrej and S. Dermott, Solar System Dynamics (Cambridge University Press, Cambridge, 1999). DOI:10.1017/CBO9781139174817
11. N. Nieuwmunster, M. Schultheis, M. Sormani, et al., Astron. and Astrophys. 685, id. A93 (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202349000
12. J. Palous, B. Jungwiert, and J. Kopecky, Astron. and Astrophys. 274, 189 (1993).
13. J. L. Sanders, L. Smith, and N. W. Evans, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 488 (4), 4552 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz1827
14. M. Valluri, V. P. Debattista, T. Quinn, and B. Moore, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 403 (1), 525 (2010). DOI:10.1111/j.1365-2966.2009.16192.x
15. E. Vasiliev and H. Baumgardt, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 505 (4), 5978 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab1475

Analysis of Orbital Dynamics of Globular Clusters in the Central Region of the Milky Way

© 2025  A. T. Bajkova1*, A. A. Smirnov1, and V. V. Bobylev1
1Central (Pulkovo) Astronomical Observatory RAS, St. Petersburg, 196140 Russia
*E-mail: bajkova@gaoran.ru
The regularity/chaoticity of orbits of 45 globular clusters in the central region of the Galaxy with a radius of 3.5 kpc, which are subject to the greatest influence of the elongated rotating bar, is analyzed. Various methods of analysis are used, namely, the methods of calculating the maximum characteristic Lyapunov exponents (MCLE), MEGNO (Mean Exponential Growth factor of Nearby Orbits), the Poincare´ section method, the frequency method based on calculating fundamental frequencies, and a new method is proposed based on calculating the orbit amplitude spectrum as a function of time and calculating the entropy of the amplitude spectrum as a measure of orbital chaos. Bimodality is found in the histogram of the distribution of positive Lyapunov exponents calculated in the classical version, without renormalizing the shadow orbit, which allows implementing a probabilistic method for GC classification, which is also a new approach. To construct the orbits of globular clusters, we used the gravitational potential model with a bar in the formof a triaxial ellipsoid. The following bar parameters were adopted: mass 1010M, length of the semi-major axis 5 kpc, angle of rotation of the bar axis 25°, rotation velocity 40 km s−1 kpc−1. To form the 6D phase space required for integrating the orbits, we used the most accurate astrometric data to date from the Gaia satellite (EDR3), as well as new refined average distances to globular clusters. Globular clusters with regular and chaotic dynamics were classified. As the analysis showed, globular clusters with small pericentric distances and large eccentricities are most susceptible to the influence of the bar and demonstrate the greatest chaos. It is shown that the results of the classification of globular clusters by the nature of their orbital dynamics, obtained using the various analysis methods considered in the work, correlate well with each other.
Keywords: Galaxy: bar, bulge—globular clusters: general
К содержанию номера