АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2026, том 81, № 2, страницы 309–322
ВЛИЯНИЕ ГРАВИТАЦИИ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕЦ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ЗВЕЗД ВБЛИЗИ OLR БАРА ГАЛАКТИКИ
© 2026
А. М. Мельник1*
,
Е. Н. Подзолкова1,2
,
Е. Н. Подзолкова1,2
1Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Москва, 119234 Россия
2Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Москва, 119991 Россия
*E-mail: anna@sai.msu.ru
2Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Москва, 119991 Россия
*E-mail: anna@sai.msu.ru
УДК 524.6-34:52-17
Поступила в редакцию 19 сентября 2025 года; после доработки 2 февраля 2026 года; принята к публикации 10 марта 2026 года
Мы построили 2D-модель Галактики, которая в начальный момент времени содержит аналитический бар, балдж, диск и гало. Модельный диск формирует внешние эллиптические резонансные кольца R1 и R2, расположенные вблизи внешнего линдбладовского резонанса бара (OLR), а также внутреннее резонансное кольцо r, расположенное вблизи радиуса коротации (CR). По мере увеличения плотности звезд в эллиптических кольцах мы вводили дополнительные гравитационные возмущения, создаваемые кольцами. Радиальный компонент гравитационных возмущений от эллиптических колец, FR, в точке с галактоцентрическими координатами (R, θ) был представлен в виде комбинации трех полиномов по степеням R/Re или Re/R, где Re — расстояние до средней линии (середины) кольца при заданном угле θ. Азимутальный компонент возмущений, FT, вычислялся через силу FR. Различие между значениями силы FR (FT), рассчитанными с помощью численного дифференцирования потенциала и аналитического представления, не превышает 5.7% (1.3%) от максимального значения силы FR, создаваемой эллиптическими кольцами. В целом гравитация эллиптических колец мало влияет на процесс настройки эпициклических движений вблизи OLR бара.
Ключевые слова:
Галактика: кинематика и динамика — галактики с барами — каталоги: Gaia DR3
ФинансированиеСписок литературы
Исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М. В. Ломоносова. Е. Н. Подзолкова — обладатель стипендии Фонда развития теоретической физики и математики «БАЗИС» (грант № 21-2-2-44-1).
Список литературы
1. E. Athanassoula, O. Bienayme, L. Martinet, and D. Pfenniger, Astron. and Astrophys. 127 (2), 349 (1983).
2. R. A. Benjamin, E. Churchwell, B. L. Babler, et al., Astrophys. J. 630 (2), L149 (2005). DOI:10.1086/491785
3. E. Bica, C. Bonatto, B. Barbuy, and S. Ortolani, Astron. and Astrophys. 450 (1), 105 (2006). DOI:10.1051/0004-6361:20054351
4. J. Binney and S. Tremaine, Galactic Dynamics: Second Edition (Princeton Univ. Press, Princeton, 2008).
5. A. Boehle, A. M. Ghez, R. Schödel, et al., Astrophys. J. 830 (1), article id. 17 (2016). DOI:10.3847/0004-637X/830/1/17
6. R. L. Branham, Astrophys. and Space Sci. 362 (2), article id. 29 (2017). DOI:10.1007/s10509-017-3015-1
7. A. G. A. Brown et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 649, id. A1 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039657
8. R. Buta, Astrophys. J. Suppl. 96, 39 (1995). DOI:10.1086/192113
9. R. Buta and F. Combes, Fundamentals of Cosmic Physics 17, 95 (1996).
10. R. Buta and D. A. Crocker, Astron. J. 102, 1715 (1991). DOI:10.1086/115991
11. G. Byrd, P. Rautiainen, H. Salo, et al., Astron. J. 108, 476 (1994). DOI:10.1086/117085
12. A. Cabrera-Lavers, P. L. Hammersley, C. González-Fernández, et al., Astron. and Astrophys. 465 (3), 825 (2007). DOI:10.1051/0004-6361:20066185
13. G. Contopoulos and P. Grosbol, Astron. and Astrophys. 1 (3–4), 261 (1989). DOI:10.1007/BF00873080
14. G. Contopoulos and T. Papayannopoulos, Astron. and Astrophys. 92 (1-2), 33 (1980).
15. A. K. Dambis, L. N. Berdnikov, A. Y. Kniazev, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 435 (4), 3206 (2013). DOI:10.1093/mnras/stt1514
16. G. de Vaucouleurs and K. C. Freeman, Vistas in Astronomy 14 (1), 163 (1972). DOI:10.1016/0083-6656(72)90026-8
17. W. Dehnen, Astron. J. 119 (2), 800 (2000). DOI:10.1086/301226
18. E. Dwek, R. G. Arendt, M. G. Hauser, et al., Astrophys. J. 445, 716 (1995). DOI:10.1086/175734
19. F. Eisenhauer, R. Genzel, T. Alexander, et al., Astrophys. J. 628 (1), 246 (2005). DOI:10.1086/430667
20. M. W. Feast, C. D. Laney, T. D. Kinman, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 386 (4), 2115 (2008). DOI:10.1111/j.1365-2966.2008.13181.x
21. C. Francis and E. Anderson, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 441 (2), 1105 (2014). DOI:10.1093/mnras/stu631
22. R. Fux, Astron. and Astrophys. 373, 511 (2001). DOI:10.1051/0004-6361:20010561
23. O. Gerhard, Memorie della Societa Astronomica Italiana Supplementi 18, 185 (2011). DOI:10.48550/arXiv.1003.2489
24. E. V. Glushkova, A. K. Dambis, A. M. Mel’nik, and A. S. Rastorguev, Astron. and Astrophys. 329, 514 (1998).
25. M. A. T. Groenewegen, A. Udalski, and G. Bono, Astron. and Astrophys. 481 (2), 441 (2008). DOI:10.1051/0004-6361:20079101
26. P. Iwanek, R. Poleski, S. Kozłowski, et al., Astrophys. J. Suppl. 264 (1), id. 20 (2023). DOI:10.3847/1538-4365/acad7a
27. A. J. Kalnajs, Astrophys. J. 166, 275 (1971). DOI:10.1086/150957
28. D. Katz et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 616, id. A11 (2018). DOI:10.1051/0004-6361/201832865
29. B. P. Kondrat’ev, Theory of potential. New methods and tasks with solutions (Mir, Moscow, 2007) [in Russian].
30. P. S. Letelier, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 381 (3), 1031 (2007). DOI:10.1111/j.1365-2966.2007.12128.x
31. L. Lindegren, S. A. Klioner, J. Hernández, et al., Astron. and Astrophys. 649, id. A2 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039709
32. A. M. Melnik, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 485 (2), 2106 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz425
33. A. M. Melnik and A. K. Dambis, Astrophys. and Space Sci. 365 (7), article id. 112 (2020). DOI:10.1007/s10509-020-03827-0
34. A. M. Melnik, A. K. Dambis, E. N. Podzolkova, and L. N. Berdnikov,Monthly Notices Royal Astron. Soc. 507 (3), 4409 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab2067
35. A. M. Melnik and E. N. Podzolkova, Astronomy Letters 50 (8), 481 (2024). DOI:10.1134/S1063773724700385
36. A. M. Melnik and E. N. Podzolkova, Astrophysical Bulletin 80 (2), 254 (2025). DOI:10.1134/S1990341325600140
37. A. M. Melnik, E. N. Podzolkova, and A. K. Dambis, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 525 (3), 3287 (2023). DOI:10.1093/mnras/stad2520
38. A. M. Mel’nik and P. Rautiainen, Astronomy Letters 35 (9), 609 (2009). DOI:10.1134/S1063773709090047
39. A. M. Mel’nik and P. Rautiainen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 418 (4), 2508 (2011). DOI:10.1111/j.1365-2966.2011.19641.x
40. A. M. Mel’nik, P. Rautiainen, L. N. Berdnikov, et al., Astronomische Nachrichten 336 (1), 70 (2015). DOI:10.1002/asna.201412137
41. A. M. Mel’nik, P. Rautiainen, E. V. Glushkova, and A. K. Dambis, Astrophys. and Space Sci. 361, article id. 60 (2016). DOI:10.1007/s10509-016-2656-9
42. G. Monari, B. Famaey, and A. Siebert, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 457 (3), 2569 (2016). DOI:10.1093/mnras/stw171
43. G. Monari, B. Famaey, A. Siebert, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 465 (2), 1443 (2017). DOI:10.1093/mnras/stw2807
44. M. Ness and D. Lang, Astron. J. 152 (1), article id. 14 (2016). DOI:10.3847/0004-6256/152/1/14
45. I. Nikiforov, ASP Conf. Ser. 316, 199 (2004).
46. S. Nishiyama, T. Nagata, S. Sato, et al., Astrophys. J. 647 (2), 1093 (2006). DOI:10.1086/505529
47. D. Pfenniger, Astron. and Astrophys. 134 (2), 373 (1984).
48. T. Prusti et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 595, id. A1 (2016). DOI:10.1051/0004-6361/201629272
49. P. Rautiainen and A. M. Mel’nik, Astron. and Astrophys. 519, id. A70 (2010). DOI:10.1051/0004-6361/201014646
50. P. Rautiainen and H. Salo, Astron. and Astrophys. 348, 737 (1999).
51. P. Rautiainen and H. Salo, Astron. and Astrophys. 362, 465 (2000).
52. M. J. Reid, K. M. Menten, X. W. Zheng, et al., Astrophys. J. 705 (2), 1548 (2009). DOI:10.1088/0004-637X/705/2/1548
53. M. P. Schwarz, Astrophys. J. 247, 77 (1981). DOI:10.1086/159011
54. J. A. Sellwood and A. Wilkinson, Reports on Progress in Physics 56 (2), 173 (1993). DOI:10.1088/0034-4885/56/2/001
55. A. Vallenari et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 674, id. A1 (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202243940
56. M. D. Weinberg, Astrophys. J. 420, 597 (1994). DOI:10.1086/173589
2. R. A. Benjamin, E. Churchwell, B. L. Babler, et al., Astrophys. J. 630 (2), L149 (2005). DOI:10.1086/491785
3. E. Bica, C. Bonatto, B. Barbuy, and S. Ortolani, Astron. and Astrophys. 450 (1), 105 (2006). DOI:10.1051/0004-6361:20054351
4. J. Binney and S. Tremaine, Galactic Dynamics: Second Edition (Princeton Univ. Press, Princeton, 2008).
5. A. Boehle, A. M. Ghez, R. Schödel, et al., Astrophys. J. 830 (1), article id. 17 (2016). DOI:10.3847/0004-637X/830/1/17
6. R. L. Branham, Astrophys. and Space Sci. 362 (2), article id. 29 (2017). DOI:10.1007/s10509-017-3015-1
7. A. G. A. Brown et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 649, id. A1 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039657
8. R. Buta, Astrophys. J. Suppl. 96, 39 (1995). DOI:10.1086/192113
9. R. Buta and F. Combes, Fundamentals of Cosmic Physics 17, 95 (1996).
10. R. Buta and D. A. Crocker, Astron. J. 102, 1715 (1991). DOI:10.1086/115991
11. G. Byrd, P. Rautiainen, H. Salo, et al., Astron. J. 108, 476 (1994). DOI:10.1086/117085
12. A. Cabrera-Lavers, P. L. Hammersley, C. González-Fernández, et al., Astron. and Astrophys. 465 (3), 825 (2007). DOI:10.1051/0004-6361:20066185
13. G. Contopoulos and P. Grosbol, Astron. and Astrophys. 1 (3–4), 261 (1989). DOI:10.1007/BF00873080
14. G. Contopoulos and T. Papayannopoulos, Astron. and Astrophys. 92 (1-2), 33 (1980).
15. A. K. Dambis, L. N. Berdnikov, A. Y. Kniazev, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 435 (4), 3206 (2013). DOI:10.1093/mnras/stt1514
16. G. de Vaucouleurs and K. C. Freeman, Vistas in Astronomy 14 (1), 163 (1972). DOI:10.1016/0083-6656(72)90026-8
17. W. Dehnen, Astron. J. 119 (2), 800 (2000). DOI:10.1086/301226
18. E. Dwek, R. G. Arendt, M. G. Hauser, et al., Astrophys. J. 445, 716 (1995). DOI:10.1086/175734
19. F. Eisenhauer, R. Genzel, T. Alexander, et al., Astrophys. J. 628 (1), 246 (2005). DOI:10.1086/430667
20. M. W. Feast, C. D. Laney, T. D. Kinman, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 386 (4), 2115 (2008). DOI:10.1111/j.1365-2966.2008.13181.x
21. C. Francis and E. Anderson, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 441 (2), 1105 (2014). DOI:10.1093/mnras/stu631
22. R. Fux, Astron. and Astrophys. 373, 511 (2001). DOI:10.1051/0004-6361:20010561
23. O. Gerhard, Memorie della Societa Astronomica Italiana Supplementi 18, 185 (2011). DOI:10.48550/arXiv.1003.2489
24. E. V. Glushkova, A. K. Dambis, A. M. Mel’nik, and A. S. Rastorguev, Astron. and Astrophys. 329, 514 (1998).
25. M. A. T. Groenewegen, A. Udalski, and G. Bono, Astron. and Astrophys. 481 (2), 441 (2008). DOI:10.1051/0004-6361:20079101
26. P. Iwanek, R. Poleski, S. Kozłowski, et al., Astrophys. J. Suppl. 264 (1), id. 20 (2023). DOI:10.3847/1538-4365/acad7a
27. A. J. Kalnajs, Astrophys. J. 166, 275 (1971). DOI:10.1086/150957
28. D. Katz et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 616, id. A11 (2018). DOI:10.1051/0004-6361/201832865
29. B. P. Kondrat’ev, Theory of potential. New methods and tasks with solutions (Mir, Moscow, 2007) [in Russian].
30. P. S. Letelier, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 381 (3), 1031 (2007). DOI:10.1111/j.1365-2966.2007.12128.x
31. L. Lindegren, S. A. Klioner, J. Hernández, et al., Astron. and Astrophys. 649, id. A2 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039709
32. A. M. Melnik, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 485 (2), 2106 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz425
33. A. M. Melnik and A. K. Dambis, Astrophys. and Space Sci. 365 (7), article id. 112 (2020). DOI:10.1007/s10509-020-03827-0
34. A. M. Melnik, A. K. Dambis, E. N. Podzolkova, and L. N. Berdnikov,Monthly Notices Royal Astron. Soc. 507 (3), 4409 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab2067
35. A. M. Melnik and E. N. Podzolkova, Astronomy Letters 50 (8), 481 (2024). DOI:10.1134/S1063773724700385
36. A. M. Melnik and E. N. Podzolkova, Astrophysical Bulletin 80 (2), 254 (2025). DOI:10.1134/S1990341325600140
37. A. M. Melnik, E. N. Podzolkova, and A. K. Dambis, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 525 (3), 3287 (2023). DOI:10.1093/mnras/stad2520
38. A. M. Mel’nik and P. Rautiainen, Astronomy Letters 35 (9), 609 (2009). DOI:10.1134/S1063773709090047
39. A. M. Mel’nik and P. Rautiainen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 418 (4), 2508 (2011). DOI:10.1111/j.1365-2966.2011.19641.x
40. A. M. Mel’nik, P. Rautiainen, L. N. Berdnikov, et al., Astronomische Nachrichten 336 (1), 70 (2015). DOI:10.1002/asna.201412137
41. A. M. Mel’nik, P. Rautiainen, E. V. Glushkova, and A. K. Dambis, Astrophys. and Space Sci. 361, article id. 60 (2016). DOI:10.1007/s10509-016-2656-9
42. G. Monari, B. Famaey, and A. Siebert, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 457 (3), 2569 (2016). DOI:10.1093/mnras/stw171
43. G. Monari, B. Famaey, A. Siebert, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 465 (2), 1443 (2017). DOI:10.1093/mnras/stw2807
44. M. Ness and D. Lang, Astron. J. 152 (1), article id. 14 (2016). DOI:10.3847/0004-6256/152/1/14
45. I. Nikiforov, ASP Conf. Ser. 316, 199 (2004).
46. S. Nishiyama, T. Nagata, S. Sato, et al., Astrophys. J. 647 (2), 1093 (2006). DOI:10.1086/505529
47. D. Pfenniger, Astron. and Astrophys. 134 (2), 373 (1984).
48. T. Prusti et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 595, id. A1 (2016). DOI:10.1051/0004-6361/201629272
49. P. Rautiainen and A. M. Mel’nik, Astron. and Astrophys. 519, id. A70 (2010). DOI:10.1051/0004-6361/201014646
50. P. Rautiainen and H. Salo, Astron. and Astrophys. 348, 737 (1999).
51. P. Rautiainen and H. Salo, Astron. and Astrophys. 362, 465 (2000).
52. M. J. Reid, K. M. Menten, X. W. Zheng, et al., Astrophys. J. 705 (2), 1548 (2009). DOI:10.1088/0004-637X/705/2/1548
53. M. P. Schwarz, Astrophys. J. 247, 77 (1981). DOI:10.1086/159011
54. J. A. Sellwood and A. Wilkinson, Reports on Progress in Physics 56 (2), 173 (1993). DOI:10.1088/0034-4885/56/2/001
55. A. Vallenari et al. (Gaia Collab.), Astron. and Astrophys. 674, id. A1 (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202243940
56. M. D. Weinberg, Astrophys. J. 420, 597 (1994). DOI:10.1086/173589
Influence of the Resonance Ring Gravity on the Stellar Velocity Distribution near the OLR of the Galactic Bar
© 2026
A. M. Melnik1* and
E. N. Podzolkova1,2
and
E. N. Podzolkova1,2
1Sternberg Astronomical Institute, Moscow State University, Moscow, 119234 Russia
2Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119991 Russia
*E-mail: anna@sai.msu.ru
2Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119991 Russia
*E-mail: anna@sai.msu.ru
We constructed 2D model of the Galaxy which initially included an analytical bar, bulge, disk and halo. The model disk formed the outer elliptical resonance rings R1 and R2 located near the Outer Lindblad Resonance (OLR) of the bar, as well as an inner resonance ring r located near the corotation radius (CR). As the density of stars in the elliptical rings increased, we introduced additional gravitational perturbations created by the rings. The radial component of gravitational perturbations from the elliptical rings, FR, at a point with the Galactocentric coordinates (R, θ) was represented as a combination of three polynomials in powers of R/Re or Re/R, where Re is the distance to the midline (middle) of the ring at a given angle θ. The azimuthal component of the disturbances, FT, was calculated from the force FR. The difference between the values of the force FR (FT) calculated using the numerical differentiation of the potential and using the analytical representation does not exceed 5.7% (1.3%) of the maximum value of the force FR produced by the elliptical rings. In general, the gravity of the elliptical rings had little effect on the adjustment process of epicyclicmotions near the bar’s OLR.
Keywords:
Galaxy: kinematics and dynamics; galaxies with bars; catalogs: Gaia DR3
К содержанию номера