Tähtitieteen osaston dynamiikka-ryhmän tutkimuskohteina ovat
gravitaatiovoimien hallitsemat systeemit, sovellutuksien ulottuessa
Aurinkokunnan jättiläisplaneettojen renkaista ja
satelliittisysteemeistä galaksien rakenteeseen ja
keskinäisiin vuorovaikutuksiin. Tärkein
tutkimusmenetelmä on numeeriset N-kappaleen simulaatiot, joiden
kehittämisestä osastolla/ryhmällä on jo 20 vuoden kokemus.
Simulaatioiden tuloksia verrataan analyyttisiin malleihin ja
havaintoihin: Aurinkokunnan kohteiden osalta Cassini- ja
Voyager-luotaimien mittauksiin, ja galaksien osalta European Southern
Observatory (ESO) teleskoopeilla, Pohjoismaisella NOT-teleskoopilla ja
muilla kansainvälisillä teleskoopeilla tekemiimme
havaintoihin. Tärkeimmat ulkomaiset yhteistyötahot ovat
Alabaman yliopisto ja Kanarian saarten Astrofysiikan Instituutti (IAC)
(galaksitutkimus) sekä Boulderin ja Potsdamin yliopistot
(planetaariset renkaat). Planetaaristen renkaiden mallejamme
käytetään Saturnuksen renkaista tehtyjen uusimpien
Hubble Space Telescope-havaintojen (Wellesley C.) ja
Arecibo-tutkahavaintojen (Cornell U.) tulkintaan.
Ryhmä on 20.6.2001 nimetty Oulun yliopiston sisäiseksi tutkimuksen laatuyksiköksi (vuosiksi 2001-2003).
1) Planetaariset renkaat ja satelliittisysteemit
Tiheiden planetaaristen renkaiden dynamiikkaa hallitsee kappaleiden
keskinäiset sysäykset. Niissä tapahtuva energiahukka
aiheuttaa renkaiden voimakkaan litistymisen: esim. Saturnuksen
renkaiden paksuus on vain n. 20 metriä, eli kymmenesmiljoonas osa
niiden ulkohalkaisijasta. Tärkein tuloksemme (julkaistu
Nature-lehdessä) on ollut osoittaa, kuinka
äärimmäinen litistyneisyys, yhdessä
rengaspartikkelien keskinäisen gravitaation kanssa johtaa
nauhamaisten partikkelirykelmien syntyyn. Ennustetut muodostelmat
ovat Voyager-mittausten resoluution alapuolella, mutta
Cassini-luotaimen pitäisi pystyä ne havaitsemaan v. 2004
saapuessaan Saturnuksen lähettyville. [Tämän Cassini tekikin v. 2005,
tähdenpeittohavaintojen avulla, kts
linkki ]
Rykelmien epäsuora
todentaminen on kuitenkin mahdollista jo ennen Cassini-mittauksiakin,
käyttämällä hyväksi Saturnuksen renkaiden
ulko-osissa havaittua kirkkaus-asymmetriaa. Simulaatioiden ennustaman
asymmetrian perusteella voimme arvioida partikkelien fysikaalisia
ominaisuuksia, kuten sisäistä tiheyttä ja kimmoisuutta.
Tuloksiemme mukaan rengaspartikkelien tiheys on mm. selvästi
maanpäällisen jään tiheyttä pienempi.
Toinen planetaarisiin renkaisiin liittyvä tutkimusongelma on
satelliittien aiheuttamat häiriöt. Nämä ovat
sinänsä vähäisiä, mutta
ns. resonanssietäisyyksillä niiden vaikutus kasaantuu ajan
mukana. Tämä voi johtaa mm. aukkojen ja tiukkaan
kiertyneiden spiraaliaaltojen syntyyn, kuten on todettu
Voyager-mittauksissa. Uusimmat resonansseja koskevat tutkimuksemme
ovat koskeneet Neptunuksen ns. osittaista rengasta. Tämä
kapea, etupäässä pölystä koostuva rengas
poikkeaa kaikista muista rengassysteemeistä siinä, että
sen muodostama materiaali ei ole jakaantunut tasaisesti planetaan
ympärille, vaan on keskittynyt muutamaan kaarimaiseen
tihentymään, jotka kaikki kiertävät samalla
puolella yhteistä rataansa. Olemme vastikään
esittäneet selityksen (julkaistu
Science-lehdessä), joka tarjoaa stabiilin dynaamisen mallin
kaarille, ottamalla huomioon niissä olevien isojen partikkelien
gravitaation vaikutuksen pölyyn.
2) Galaksien dynamikka
Galaksitutkimuksessa koordinoimme, yhdessä Alabaman yliopiston ja
Kanarian saarten tähtitieteen instituutin IAC:n kanssa laajaa,
varhaisia linssigalakseja koskevaa havaintoprojektia, käyttäen ESO:n
(European Southern Observatory; VLT, NTT), La Palman (NOT, WHT, TNG)
sekä Cerro Tololon teleskooppeja. Havainto-ohjelma keskittyy
pääasiassa galaksien optiseen ja infrapuna kuvaukseen, mutta osa
tutkimuksestamme liittyy myös galaksien kinematiikkaan. Tekemiämme
havaintoja käytämme mm. teoreettiseen mallintamiseen N-kappaleen
simulaatioiden avulla. Osana kinemaattisia tutkimuksia olemme my\"os
mukana Fabry-Perot instrumenttihankkeessa ESO:n NTT
teleskoopille. Lisäksi osallistumme Nils Bervallin (Uppsalan
Yliopisto) johtamaan projektiin, jossa tutkitaan pienen
pintakirkkauden omaavia galakseja käyttäen Spitzer
avaruusteleskooppia.
Yksityiskohtaiset rakenneanalyysimme ovat osoittaneet että
pallomaisten rakennekomponenttien massa on lähes puolet pienempi
aiempiin arvioihin verrattuna. Tulos sopii huonosti hypoteesiin, jonka
mukaan linssigalaksit olisivat syntyneet pääasiassa galaksien
yhteentörmäyksissä kehityksen varhaisessa vaiheessa.
Aiemmat galaksitutkimuksemme ovat selvittäneet myös galaksien välisten
gravitaatio-vuorovaikutusten osuutta galaksiparien aktiivisuuteen,
sekä voimakkaiden ns. grand-design spiraalihaarojen
syntyyn. Tärkein tuloksista on ollut yksityiskohtainen
simulaatiomalli tunnetulle M51-systeemille.
Simulaatioiden toinen pääsovellutus on ollut galaksien
sauvojen yhteys kaasukomponentissa esiintyviin rengasrakenteisiin,
käyttäen hyväksi Alabaman yliopiston laajaa
havaintoaineistoa. Olemme mm. laatineet mallin eräälle
tyypilliselle sauvagalaksille, joka selittää
yksityiskohtaisesti siinä esiintyvät rengasrakenteet, ja
antaa tarkan ylarajan galaksissa olevan ns. pimeän massan
määrälle. Kyseinen malli on myös
ensimmäinen, jossa on täysin kiistattomasti osoitettu
havaittujen kaasurenkaiden ja pyörivän sauvapotentiaalin
resonanssi-kohtien yksikäsitteinen vastaavuus.
Julkaisut v. 2000-
Uusimmat artikkelit (kansainväliset referee-lehdet):
2010:
- Salo, H, Laurikainen, E, Buta, R, Knapen, J. H: Bars do drive spiral density waves,
Accepted to Astrophysical Journal Letters
- Grouchy, R. D., Buta, R. J., Salo, H., Laurikainen, E. : Ring Star Formation Rates in Barred and Nonbarred Galaxies
Accepted to Astrophysical Journal
- Laurikainen, E, Salo, H. , R. Buta, J. H. Knapen and S. Comeron: Photometric scaling relations of lenticular and spiral galaxies
Accepted to MNRAS
- Salo, H. , Schmidt, J: N-body simulation of viscous instability,
Accepted to Icarus
- Comeron, S, Knapen, J., J. E. Beckman1, E. Laurikainen, H. Salo ,
I. Martinez-Valpuesta, and R. J. Buta: AINUR: Atlas of Images of
NUclear Rings, Accepted to MNRAS
2009:
- Buta, R., Knapen, J., Elemegreen, B., Salo, H., Laurikainen, E.,
D. Elemegreen, I. Puerari, Block, D.(2009) : Do Bars Drive Spiral Density
Waves? Astrophysical Journal 137, 4487-4516.
- Melnik A., P. Rautiainen (2009): Kinematics of the outer pseudorings and the spiral structure of the Galaxy, Astronomy Letters, 9, 609-624.
- Morishima, R., Salo, H., Ohtsuki, K.( 2009): A Multilayer Model
for Thermal Infrared Emission of Saturn's Rings: Basic formulation and
implications for Earth-based observations. Icarus
01, 634-654.
- Marty, B. et al. (49 coathors, including Salo, H.) (2009):
Kronos: exploring the depths of Saturn with probes and remote sensing
through an international mission. Experimental Astronomy, 23,
947-976 (see also erratum 977-980).
- Laurikainen, E; Salo, H ; Buta, R. Knapen, J (2009):
Bars, ovals, and lenses in early-type galaxies - probes of galaxy evolution. Astrophysical Journal Letters
692, L34-L39
- Treuthardt, P; Salo, H ; Buta, R (2009) Dynamical Simulations of NGC 2523 and NGC 4245. Astronomical Journal , 137. 19-33.
2008:
-
Grouchy, R. D.; Buta, R. Salo, H.; Laurikainen, E.,Speltincx, T. (2008):
Counter-Winding Spiral Structure in ESO 297-27 Astronomical Journal , 136, 980-993
- Das, M.; Laurikainen, E.; Salo, H.; Buta, R. (2008): Variation of Bar Strength with Central Velocity Dispersion in Spiral Galaxies Astrophys. Space Sci. in press.
- Rautiainen, P., Salo H., Laurikainen E. (2008) :
Model-based patterns speed estimates for 38 barred galaxies
MNRAS in press.
- Treuthardt, P., Salo, H, Rautiainen, P. , Buta, R. (2008) :
The Bar Pattern Speed of NGC 1433 Estimated Via Sticky-Particle Simulations.
Astronomical Journal Astronomical Journal, 136, 300-311 .
- Speltincx, T., Laurikainen E., Salo, H. (2008) : Comparison of bar
strengths in optical and near-infrared for the OSUBSGS sample .
MNRAS 383, 317-329
2007:
- Sremcevic, M., Schmidt, J., Salo, H., Seiss, M., Spahn, F.,
Albers, N. (2007): A Moonlet Belt in Saturn's A ring.
Nature 449, 1019-1021.
+Supplementary online material
- Laurikainen, E.,
Salo, H., Buta, R.\& Knapen, J. (2007): Properties of bars and bulges in
the Hubble sequence. MNRAS 381, 401-417.
- Treuthardt, P, Buta,
R, Salo, H \& Laurikainen, E. (2007) . The Kinematically Measured
Pattern Speeds of NGC 2523 and NGC 4245. Astron. J. 134: 1195
- 2005.
- French, R. G., Verbischer, A.,
Salo, H., McGhee, C., Dones, L. (2007) . Saturn's rings at true
opposition. PASP 119: 623-642
- French, R. G., Salo, H. ,
McGhee, C \& Dones, L. (2007) : Hubble Space Telescope
observations of azimuthal asymmetry in Saturn's Rings.
Icarus 189, 493-522.
- Hedman, M., Nicholson, P., Salo,
H., Wallis, B., Buratti, B, Baines, K., Brown, R., Clark,
R. (2007): Self-Gravity wake structures in Saturn's A ring
revealed by Cassini-VIMS. Astron. J. 133:2624-2629.
- Karjalainen, R (2007) :
Aggregate impacts in Saturn's rings
Icarus 189, 523-537.
- Fuentes-Carrera,
I. Rosado, M. Amram, P. Salo, H., Laurikainen, E. (2007) :
Kinematics and dynamics of the M51-type galaxy pair NGC 3893/96 (KPG
302). Astron. Astrophys. 466, 847-854.
2006:
- Laurikainen, E., Salo, H.,
Buta, R, Knapen, J. H., Speltincx, T., Block, D. L. (2006) : The
Near-Infrared S0 Survey. III. Morphology of 15 Southern Early-type
Disk Galaxies. Astron. Journal 132, 2634-2652.
- Villata, M. ....Laurikainen, E... (78 authors) (2006): The
unprecedented optical outburst of the quasar 3C 454.3. The WEBT
campaign of 2004-2005
Astrophys. Journal 817-822
- Morishima, R., Salo,
H. (2006): Simulations of dense planetary rings: IV Rotating
self-gravitating particles with size distribution.
Icarus 181, 272-291.
- Buta, R., Laurikainen, E., Salo,
H., Block, D. L., Knapen, J. H. (2006) : The Near-Infrared S0
Survey. II. Fourier Dissection of Early-Type Galaxy Bars.
Astron. Journal 132, 1859-1876.
2005:
- McGhee, C., French,R.C.,
Dones, L., Cuzzi, J.N., Salo., H., Danos, R (2005) : HST
observations of spokes in Saturn's B ring. Icarus 173,
508-521.
- Buta, R., Vasylyev, S., Salo, H.,
Laurikainen, E. (2005) : The distribution of bar and spiral arm
strengths in disk galaxies. Astronomical Journal 130,
506-523.
- Seiss, M., Spahn, F., Sremcevic,
M., Salo, H. (2005) : Structures induced by small moonlets in
Saturn's rings: Implications for the Cassini Mission. Geophysical
Research Letters 32, L11205(1-4).
- Nicholson, P.D., French,
R.G., Campbell, D.B., Margot, J.-L., Nolan, M.C., Black, G.J., Salo,
H. (2005): Radar imaging of Saturn's rings. Icarus 177,
32-62.
-
Laurikainen, E., Salo, H., Buta, R. (2005) : Multicomponent
decomposition for a sample of S0 galaxies. MNRAS . 362,
1319-1347.
- Rautiainen, P, Salo,
H., Laurikainen, E. (2005) : The pattern speeds of 38
galaxies. Astrophys. Journal 631, L129-L132.
.
2004:
- Buta, R, Laurikainen, E., Salo, H
(2004): The distribution of maximum relative gravitational torque
in disk galaxies. Astron. J 127, 279-294.
- Fuentes-Carrera, I, Rosado, M,
Amram, P., Dultzin-Hacyan, D. Cruz-Conzales, I, Salo, H, Laurikainen,
E, Bernal, A, Ambrocio-Cruz, P, Le Coarer, E (2004): The isolated
interacting galaxy pair NGC 5426/27 (Arp 271). Astron. Astrophys.
415, 451-469
- Rautiainen, P., Salo, H.,
Buta, R. (2004): Dynamical modelling of a remarkable four-armed
barred spiral galaxy ESO 566-24. MNRAS 349, 933-944.
- Morishima, R, Salo., H
(2004): Spin rates of small moonlets embedded in planetary rings:
I. Three body calculations. Icarus 167, 330-346
- Morishima, R, Watanabe, S. (2004): Co-accretion of the Earth-Moon
system after the giant impact: reduction of the total angular momentum
by lunar impact ejecta. Icarus 168, 60-79
- Laurikainen, E., Salo, H., Buta,
R. (2004): Comparison of bar strengths and fraction of bars
in active and non-active galaxies. Astrophys. J 607,
103-124.
- Salo, H., Karjalainen, R.,
French, R.G (2004): Photometric modeling of Saturn's rings:
II. Azimuthal asymmetry in reflected and transmitted ligth.
Icarus 170, 70-90.
- Karjalainen, R., Salo,
H (2004): Gravitational accretion of particles in Saturn's
rings. Icarus 172, 328-348.
- Laurikainen, E., Salo,
H., Buta, R., Vasylyev, S. (2004): Bar-induced perturbations
strengths of the galaxies in the Ohio State University Bright
Galaxy Survey (OSUBGS). MNRAS 355, 1251-1271.
2003:
-
Schmidt, J, Salo, H. (2003) : A weakly nonlinear model for
oscillatory instability in Saturn's dense rings. Phys. Rev. Lett
90, 061102-1 - 061102-4
-
Bergvall N., Laurikainen E., Aalto S. (2003): Galaxy interactions -
poor starburst triggers: A study of a complete sample of interacting
galaxies. III. Astron. Astrophys. 405, 31-52.
-
Salo, H, Karjalainen, R (2003): Photometric modeling of Saturn's
rings: I. Monte Carlo method and the effect of non-zero volume
filling factor. Icarus 164, 428-460.
2002:
-
Laurikainen, E, Salo, H. & Rautiainen, P.(2002): Comparison of bar
strengths in active and non-axtive galaxies. MNRAS , 331,
880-893
-
Rautiainen, P., Salo, H & Laurikainen, (2002) : Simulations of central
structure in barred galaxies. MNRAS 337, 1233-1244.
-
Laurikainen, E, Salo, H. (2002): Bar strengths in spiral galaxies
estimated from 2MASS images. MNRAS 337, 1118-1138.
2001:
-
Laurikainen, E. & Salo, H. (2001) : BVRI Imaging of M51-type
Interacting Galaxy Pairs III. Analysis of the photometric
parameters. MNRAS 324, 685-698.
-
Salo, H., Schmidt. J. & Spahn, F. (2001) : Viscous overstability
in Saturn's B-ring: I. Direct simulations and measurement of transport
coefficients. Icarus 153, 295-315.
-
Schmidt. J., Salo, H., Spahn, F. & Petzschmann, O. (2001) :
Viscous overstability in Saturn's B-ring: II. Hydrodynamic theory and
comparison to simulations. Icarus 153, 316-331.
-
Salo, H. & Laurikainen, E. (2001): N-body models of M51: From
extended tail to central spiral structure. Astron. Astrophys
Trans. 20, 93-101.
2000:
-
Laurikainen, E. & Salo, H. (2000): BVRI Imaging of M51-type
Interacting Galaxy Pairs II. Bulge and disk parameters. Astronomy
Astrophys. Suppl. 141, 103-111 (+19 pages in electronic form)
-
Spahn, F., Schmidt, J., Petzschmann, O. & Salo, H. (2000):
Stability analysis of a Keplerian disk of granular grains: influence
of thermal diffusion. Icarus 145, 657-660.
-
Rautiainen, P. & Salo, H. (2000) N-body simulations of resonance rings
in galactic disks. Astron. Astrophys. 362, 465-485.
-
Salo, H. & Laurikainen, E. (2000): N-body model for M51: I. Multiple
encounter vs. single passage?. MNRAS 319, 377-392 .
-
Salo, H. & Laurikainen, E. (2000): N-body model for M51: II. Inner
structure. MNRAS 319, 393-413.
1999:
-
Moss, D., Rautiainen, P. & H. Salo (1999): A dynamo model for
the magnetic field of the weakly barred galaxy IC 4214.
MNRAS, 303, 125-132.
-
Buta, R., Purcell, G.B., Cobb, M., Crocker, D.A., Rautiainen, P., &
Salo, H. (1999): The Structure and Dynamics of the Early-Type
Resonance Ring Galaxy IC 4214. I. Observations. Astron. J. 117,
778-791.
-
Salo, H., Rautiainen, P., Buta, R., Purcell, G.B., Cobb, M., Crocker,
D.A., & Laurikainen, E. (1999): The Structure and Dynamics of the
Early-Type Resonance Ring Galaxy IC
4214. II. Models. Astron. J. 117, 792-810.
-
Salo, H. & Laurikainen, E. (1999): Inner Structure of M51.
Astrophys. Space Sci. 269-270, 589-592.
-
Salo, H. & Laurikainen, E. (1999): A multiple encounter model of M51.
Astrophysics and Space Science 269-270: 663-664.
-
Schmidt, J., Salo, H., Petzshman, O. & Spahn, F. (1999):
Vertical distribution of temperature and density in a planetary ring.
Astron. Astrophys. 345, 646-652.
-
Rautiainen, P. & Salo, H. (1999): Multiple pattern speeds in barred
galaxies. Astron. Astrophys. 348, 737-754.
1998:
-
Salo, H. & Hänninen, J. (1998): Neptune's Partial Rings:
Action of Galatea on Self-Gravitating Particles. Science 282,
1102-1104.
-
Moss, D., Korpi, M., Rautiainen, P. & H. Salo (1998): The
evolution of dynamo maintained magnetic fields in a barred spiral
galaxy. Astron. Astrophys. 329, 895-905.
-
Laurikainen, E. & Salo, H. & Aparacio, A. (1998): BVRI Imaging
of M51-type Interacting Galaxy Pairs. Astron. Astrophys. Suppl. 129,
517-540.
Väitöskirjat: