Формирование линий лития в атмосферах звезд поздних спектральных классов при отказе от ЛТР тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЙ &А$Й; УКРАЇНИ ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА^ (^^ЩВАТОРШ

На правах рукопису Павленко Яків Володимирович

Формування ліній літію при відмові від «ЛІТР в атмосферах зір пізніх спектральних класів

Спеціальність 01.03.02 Астрофізика, радіоастрономія

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на одобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

Київ - 1996

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Головній астрономічній обсерваторії Національної академії наук України

Офіційні опоненти: .

1. Академік АН Татарстану, доктор фіоико-математичних наук

Сахібулін Наіль Абдулович

2. Доктор фіоико-математичних наук

Комаров Микола Сергійович

3. Доктор фіаико-математичних наук

Любимков Леонід Сергійович

Провідна органіоація:

Спеціальна астрофізична обсерваторія АН Росії, с. Нижній Архив, Карачаєво-Черкесія ■

Захист відбудеться 3 жовтня 1996 р. на оасіданні Спеціалізованої вченої ради Д 01.74.01 по присудженню вченого ступеня доктора фіаико-математичних наук при Головній астрономічній обсерваторії НАН України оа адресою: 252650, Київ-22, ГАО IIАН України, початок засідання об 11 годині.

З дисертацією можна оонайомитись в бібліотеці Г АО НАНУ, 252650, Київ-22, ГАО НАН України.

Автореферат розісланий *=^^*^1996 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради кандидат фізико-матем^ичних наук

Вступ

У відповідності о сучасними уявленнями, літій був останнім (за атомним номером Z) елементом, ядра якого в значних кількостях були створені під час Великого вибуху. Внаслідок невеликого кулонівського бар’єру ядра літію вигоряють в надрах зір вже при порівняно низьких температурах Т — 2.6 х 106 К. Як наслідок, в залежності від маси, мімічного складу та часу еволюції зір, вміст літію в їхніх атмосферах змінюється в широких межах.

’ 3 іншої сторони, на сьогодні відомі кілька процесів формування ізотопів літію, роль і продуктивність яких змінювалась на різних етапах еволюції Всесвіту. Таким чином, сукупність цих обставин робить літій одним з ключових елементів в процесі верифікації існуючих знань про еволюцію зір, Галактики та Всесвіту в цілому.

Формулювання проблеми

На сьогодні накопичено значний обсяг спостережної інформації про лінії літію в атмосферах зір різних спектральних класів На основі їх кількісного аналізу сформовані основні уявлення про еволюцію вмісту цього елементу в оорях різних популяцій Галактики. Проте основна частина визначень вмісту літію в зоряних атмосферах до недавнього часу була виконана в наближенні локальної термодинамічної рівноваги (ЛТР), в рамках якої постулюється, що зміни характеристик на відстанях, порівняних з довжиною вільного пробігу фотона, не впливають на фізичний стан середовища. Як відомо, таке допущення в принципі не виконується в зоряних атмосферах.

Для моделювання фізичного стану конкретного елементу при відмові від ЛТР необхідно розрахувати статистичний баланс

З

переходів для багаторівневої моделі атому. При цьому необхідно врахувати взаємодію речовини і поля випромінювання, яке в зоряних атмосферах має явно нелокальну природу, тобто розв’язати самоузгоджену систему рівнянь стаціонарності і рів-цяння переносу випромінювання (НЛТР задачу).

Постановка задачі про розрахунок переносу випромінювання багаторівневим атомом сама по собі являє певний академічний інтерес. В той же час її розв’язок дає відповіді на ряд питань практичної астрофізики:

- для оір яких спектральних класів НЛТР ефекти в лініях літію повинні враховуватись при визначенні вмісту літію, для яких прийнятна концепція ЛТР? '

- для яких оір концепція ЛТР дає явно неправильні результати?

Таким чином, вивчення НЛТР ефектів в лініях літію дає можливість уточнити знання про вміст літію в зоряних атмосферах, Це має важливе значення як для перевірки існуючих уявлень про еволюцію хімічного складу та власне окремих зір різної маси, так і для перевірки існуючих теоретичних моделей еволюції матерії Галактики і Всесвіту в цілому.

Актуальність

Актуальність досліджень ефектів відхилення від ЛТР в лініях літію визначається рядом обставин: 1

- у літія відносно низький потенціал іонізації (5.39 еВ). В

атмосферах Г-К зір цей елемент існує переважно в формі іонів Ьі II. Як наслідок, невеликі відхилення в іонізаційно- дисоціа-тивній рівновазі, обумовлені ефектами відхилення від ЛТР, можуть суттєво змінити популяції рівнів нейтрального літія, а, значить, і інтенсивності його ліній. .

- в спектрах більшості оір лінії літію слабкі, їхні атмосфери оптично тонкі в частотах цих ліній, що сприяє ефектам відхилення від ЛТР.

- с іншого боку, в випадку багатих літієм атмосфер оір піоніх

спектральних класів їхні лінії поглинання насичені, їх ядра формуються в зовнішніх шарах атмосфер, де роль радіативних процесів збільшується в порівнянні о фотосферою. .

- для більшості оір будова таких шарів відома дуже прн-блиоио. Постає питання вивчення можливого впливу хромо-сфероподібних структур на лінії літію при врахуванні ефектів відхилення від ЛТР. .

Наголосим два суттєвих моменти:

- однозначна інтерпретація даних спостережень ліній літію

. в зоряних спектрах часто неможлива, тому що вміст цього елементу складним чином залежить від ряду фундаментальних фі-оичних характеристик: маси зір, часу еволюції, первісного хімічного складу, кратності та ін. При цьому, як показано в Дисертації, суттєвим моментом є правильний вибір методики розрахунків, включаючи ефекти відхилення від ЛТР. Ця проблема особливо актуальна для молодих зір. ' •

- В окремих випадках пошук ліній поглинання літію є критичним експериментом для визначення еволюційного статусу оір. Так, первісний літій міг зберегтись в атмосферах мало-масивних квазізоряних об’єктів, в надрах яких реакції горіння літію (І водню !) не розпочинались з часу їх формування. Таким чином, спостереження ліній літію в їхніх спектрах та визначення вмісту є необхідними для ідентифікації власне реліктових об’єктів.

Актуальність досліджень ефектів відхилення від ЛТР в лініях літію підтверджується триваючими дискусіями цих та близьких проблем на міжнародних симпозіумах та конференціях остан-

іх років (Ельба, 1994; Гаага, 1994; Катанія, 1995; Флоренція, 1995).

Методи дослідження

Автором було досліджено ряд комплексних задач методичного плану, що були обумовлені специфікою тематики дисертації: ' ‘

Спостережувані еквівалентні ширини ліній літію в спектрах оір ріоних спектральних класів змінюються в широкому діапазоні (від одиниць міліангстрем до ангстрем і більше). Відповідно, і вміст літію в атмосферах оір, що одержують на основі їх аналізу, знаходиться в дуже широких межах (~ 5 порядків). Як показали дослідження автора, характер і величина НЛТР ефектів для ліній поглинання літію різної інтенсивності суттєво різняться, отже при їх моделюванні необхідно вирішувати сут- > тєво ріоні проблеми. Вже в рамках ЛТР для слабких ліній літію більш важливими є проблеми врахування бленд, проведення неперервного спектру та ін. З іншого боку, область формування сильних ліній літію зміщується до зовнішньої межі атмосфери, де можливі прояви зоряної активності. Ігнорування цих ефектів в процесі моделювання ліній поглинання літію в спектрах конкретних зір може бути причиною суттєвих похибох при інтерпретації спостережних даних .

Розв’язок поставлених задач потребували моделювання фі- ■ зичних умов в атмосферах зір спектральних классов Р-М. В атмосферах Е-в зір рівняння стану речовини можна трактувати без врахування молекул. При зниженні ефективних температур нижче 4500 К стають суттєвими процеси формування молекул, які необхідно враховувати в розрахунках. Відповідним чином змінюється також природа джерел непрозорості в

атмосферах оір пізніх спектральних класів. У Г, Є і ранніх К оір основну роль відіграють неперервне поглинання та поглинання випромінювання лініями атомів і іонів. При подальшому зниженні ефективної температури стає значимим молекулярне поглинання. ' #

Нижче вказані основні деталі методики розрахунків, які були реалізовані в процесі виконання цієї роботи:

- проведено числове моделювання покровного ефекту в атмо-

сферах зір пізніх спектральних класів, обумовленого поглинанням випромінювання як атомів і ионів, так і молекулярних полос;

- система рівнянь іонізаційно-дисоціативної рівноваги в атмо-. сферах зір пізніх спектральних класів розв’язувалась з

урахуванням молекул, в тому числі і молекул, що містять літій; ’

* розроблено методику НЛТР аналізу насичених ліній поглинання літію для випадку класичних моделей атмосфер;

- вивчено можливий вплив непружних зіткнень з атомами вод-

ню на статистичну рівновагу атомів літію в зоряних атмосферах;

- омодельовано вплив на лиш/ літію можливих температур-

них інверсій в атмосферах зір пізніх спектральних класів, (’’хромосферних ефектів”).

Всі перераховані вище деталі методики були реалізовані автором в вигляді єдиного програмного комплексу. Це дало змогу автору змінювати методику розрахунків відповідно до особливостей конкретних задач, які суттєво відрізнялись для оір різних популяцій Галактики.

Наукова новина

Вперше в роботах автора проведено на сучасному рівні розрахунки статистичної рівноваги для багаторівневої моделі атому літію в атмосферах оір спектральних класів F-M. Практично всі результати одержані автором на основі розв’язку HJ1TP задач для двадцятирівневої моделі атома, було використано для розв’язання оригінальних проблем, які були вже відомі чи були поставлені в процесі роботи над Дисертацією:

* оорі Головної послідовності сонячного типу. Для більшості

о них основний інтерес являє випадок слабких ліній поглинання. Для Сонця певний інтерес являє порівняння результатів, одержаних для теоретичних і напівемпірич-них моделей атмосфер. Частина результатів одержана вперше.

- порі Гало. Для цих зір вивчено залежність ефектів відхи-

лення від ЛТР в лініях літію від металічності, а також

• вплив HJ1TP поправок на нахил ’’літієвого плато” (Spite &

Spite 1982). Робота була виконана практично одночасно з Carlsson et al.(1994). .

- зорі на ранніх стадіях еволюції ( типу Т Таи ). Вперше

основні зусилля були направлені на дослідження впливу ефектів відхилення від ЛТР на сильні лінії поглинання літію. Ці результати вперше були використані для визначення вмісту літію в атмосферах конкретних молодих оір о врахуванням HJITP ефектів.

- гіганти пізніх спектральних класів. Числові розрахунки впер-

ше проводились як для слабких, так і насичених ліній по-

глинання літію для моделей атмосфер о оригінальним хімічним складом.

піоні М-карлики. Вперше НЛТР задача була розрахована для випадку оір о екстремально лазькими ефективними температурами. Результати цієї роботи були використані для подальшого обгрунтування гіпотези про можливість пошуку й ідентифікації ’’коричневих карликів”.

Накова і практична цінність

Останнім часом значно покращилась якість спостережного матеріалу, що його одержують на великих телескопах за допомогою сучасних приймачів випромінювання. Поряд о подальшим розвитком технологій обробки даних спостережень це підвищило вимоги до апарату чисельного аналізу, що використовується для інтепретації даних спостережень.

ІІевною мірою Дисертація є відповіддю на виклик з боку спостерігачів. Автор вважає, що адекватний апарат чисельного моделювання зоряних спектрів дозволяє зняти ряд недоречно-стей, котрі були обумовлені наслідками надмірних спрощень в рамках концепції локальної термодинамічної рівноваги, і одержати ряд принципово нових результатів. На думку автора, Дисертацію можна розглядати як необхідний і важливий крок для подальшого поглиблення наших знань про фізику процесів в зоряних атмосферах.

Ряд оригинальних результатів, отриманих автором, було підтвержено іншими науковцями, шо дозволяє стведжувати їхній сталий характер. Розраховані автором ЛТР і НЛТР криві росту опубліковані, що дає змогу Іншим науковцям використо-

вувати їх при вирішенні різноманітних задач сучасної астрофізики.-

Апробація

Результати Дисертації доповідались на астрофізичних семінарах ГАО НАН України, КрАО_, а також подавались на міжнародні астрофізичні Робочі групи та сімпозіуми:

- Наради Робочої групи ’’Зоряні атмосфери”: 1989 (Казань), 1990(Ростов-на-Дону), 1991 (Тиравере), 1992 (САО РАН), 1993 (Одеса), 1994(Київ), 1995 (КрАО).

- 145th Symposium 1AU ” Evolution of stars: the photospheric abundance connections”, Bulgaria, August 27-31, 1989.

- перша і друга республіканська конференції молодих учених України (1989, 1990 pp.).

- ESO/EIPC Workshop on the Light Element Abundances, Mar-ciana Marina, Elba,. 23-28 May, 1994.

- XXII General Assembly of International Astronomical Union (JD 11), the Hague, 22-27 August 1994.

- JENAM95: Joint European and National Meeting, Catania,

25-29 September 1995 •

- 9th Cambridge Workshop ’’Cool Stars, Stellar Systems and the Sun”, Florence, October 3-6, 1995.

Основні результати, іцо виносяться на захист Методика

• Методика розрахунків статистичного балансу літію о врахуванням покровного ефекту та структури моделі атмосфери зорі довільного хімічного складу. ІІокровний ефект

може бути розрахований о урахуванням поглинання ви промінювання в континуумі, атомних та молекулярних лініях (полосах).

• Основними процесами формування статистичного балансу літію є переіонізація та' процеси взаємозв’язку переходів, їхня роль змінюється в залежності від сили ліній: у ви. падку слабких ліній літію домінує перший процес, для силь-

.. них ліній - другий.

Результати досліджень статистичної рівноваги літію в атмосферах оір пізніх спектральних класів ;

Зорі типу Т Таи

•

• Ефекти відхилення від ЛТР відіграють важливу роль у формуванні ліній літію в атмосферах молодих зір. При цьому онак і абсолютні величини НЛТР поправок до вмісту літію залежать від їхніх ефективних температур, світимо-стей та власне вмісту літію в атмосферах конкретних зір.

• Вперше а урахуванням ефектів відхилення від ЛТР в резонансних лініях літію отримано вміст літію в атмосферах 33 класичних і слабких Т Таи оір в різних областях Галактики. Статистичний розподіл вмісту літію має добре виражений максисум:

Іод^ис(Ьі) — 3.29 ± 0.39 <іех\

. В рамках ще одного дослідження для ЗО слабких Т Таи оір одержано

ІодКп?Ш) = 3.11 ± 0.11 вех, що близько до метеоритного вмісту літію!

• HJ1TP розрахунки знімають проблему високих оцінок вмісту літію в атмосферах молодих зір з Те//= 5000 - 6000 К, що були одержані раніше в рамках ЛТР аналізу іншими авторами.

• Поправки за ІІЛТР ефекти для субординатних ліній літію АА610.3 и 812.6 nm, які формуються в атмосферах молодих

, зір, позитивні в інтервалі ефективних температур 4000 -5000 К. *

• У випадку зір оГе/у= 3500 - 4000 К лінії літію, розраховані при врахуванні ефектів відхилення від ЛТР, практично не чутливі до параметра Іодд, на відміну від випадку ЛТР.

• При врахуванні ефектів відхилення від ЛТР навіть сильні резонансні і субординатні лінії літію малочутливі до наявності інверсії (з помірними градієнтами) температур у .зовнішніх областях атмосфери. Щонайменше цей результат справедливий для структур типу сонячної хромосфери.

Зорі Гало

• Класичні висновки Spite & Spite (1982) про існування "літієвого плато” в карликах Гало не можуть змінитись при врахуванні ефектів відхилення від ЛТР в лініях літію:

logNnut(Li) = 2.2 ±2.1 dex

Для резонансного дублету А670.8 им величина НЛТР поправки до вмісту літію менше 0.1 dex і не збільшується при зменшенні металічності зорі.

• При врахуванні ШІТР ефектів в лініях літію нахил ’’літієвого плато” зменшується.

Червоні гіганти

• При врахуванні ефектів відхилення від ЛТР в атмосферах червоних гігантів популяції рівнів атому літію залежать від інтенсивності ліній резонансного дублету. При великому вмісті літію популяції основного рівня літію можуть бути більшими, ніж при ЛТР.

• Ефекти відхилення від ЛТР є суттєвими для ліній літію, що формуються в атмосферах червоних гігантів. У випадку ліній резонансного дублету величини НЛТР поправок до вмісту літію можуть змінюватись в широких межах: від +0.45 сіех (для 39 Суд) до -0.23 <іех (для НО 112127). У випадку червоних гігантів для субординатних ліній НЛТР поправки до вмісту літію завжди позитивні.

Пізні М-карпики

• Розраховані ЛТР и НЛТР криві росту резонансних і субординатних ліній літію, які формуються в атмосферах М-карликів.

• Ефекти відхилення від ЛТР несуттєво впливають на інтенсивності ліній літію, які і в випадку врахування ефектів відхилення від ЛТР можуть використовуватись для ідентифікації ’’коричневих карликів”.

• При великому вмісті літію цей елемент ие може трактуватись як ’’домішковий” в атмосферах пізніх М-карликів і ’’коричневих карликів”

Зорі сонячного типу

• Вивчення ефектів відхилення від ЛТР в атмосферах оір-карликів з ?е//= 6250 - 5250 К і нормальним хімічним складом показали, що слабкі линії літію мало змінюються НЛТР ефектами: ІІЛТР поправки до вмісту літію не перевищують 0.1 (Іех.

• Для кількох теоретичних и напівемпіричних моделей атмосфер Сонця визначено вміст літію о урахуванням ефектів відхилення від ЛТР. Показано, що відмінності температурних структур моделей атмосфери Сонця більше впливають на лінії літію, ніж власне ефекти відхилення від ЛТР.

Особистий вклад автора

Автор послідовно виконав розрахунки, аналіз та інтепре-тацію одержаних НЛТР результатів:

• - реалізована методика розрахунку покровного ефекту в атмосферах зір пізніх спектральних класів з урахуванням поглинання лініями атомів, іонів і молекул для оір о довільним хімічним складом;

• розроблена методика аналізу насичених ліній поглинання в спектрах зір пізніх спектральних класів;

• запропонована і реалізована методика побудова простих моделей зоряних хромосфер, вивчено вплив моделей на ЛТР и НЛТР профілі ліній літію.

• Автор послідовно виконав розрахунки, аналіз та інтепре-таціго одержаних НЛТР результатів для зір типу Т Таи , оір сонячного тішу різної металічності і зір Гало, червоних гігантів і карликів пізніх спектральних класів. За участю автора вміст літію в атмосферах ряду зір був визначений з урахуванням ефектів відхилення від ЛТР.

Зміст роботи

' Дисертація складається зі Вступу, 6 Розділів та Висновків.

У Вступі Дисертації дасться загальна характеристика роботи, дискутується специфіка досліджень ефектів відхилення від ЛТР, зроблено концептуальний аналіз методики розрахунків, обгрунтовується новина і актуальність роботи, дається перелік основних результатів. Тут же описана структура Дисертації, дається список основних публікацій автора з теми Дисертації.

В першому рооділі Дисертації (Огляді) аналізуються сучасні дані про вміст літію в об’єктах Всесвіту. Приводяться окремі результати для інших легких елементів (дейтерію, берилію), визначення вмісту яких також необхідно для уточнення еволюційних сценаріїв розвитку Всесвіту.

В §1.1 коротко викладено результати теоретичних досліджень про особливості нуклеосинтезу за часів Великого Вибуху, ядерних реакцій вигоряння та синтезу літію. §1.2 присвячено огляду результатів визначення ізотопного відношення 6Ы/7Ы в міжзоряному середовищі та зорях. В §1.3 дається огляд сучасних даних про вміст літію в старих зорях Галактики (зорях Гало), а в §1.4 дискутується проблема інтерпретації спостережень літію в молодих зорях (типу Т Таи). Далі викладено матеріал про літій в атмосферах оір Головної послідовності ( §1.5) та червоних гігантів ( §1.6). Завершує перший розділ огляд результатів

про еволюцію вмісту літію в атмосферах пізніх М-карликів та близьких їм ’’коричневих карликів” (§1.7).

В Рооділі 2 Дисертації,дасться опис концепцій ЛТР (§2.1) та IIЛТР (§2.2). В §2.3 описано основні методи розв’язку нелінійної системи рівнянь IIЛТР задачі. Цей розділ Диссертації не претендус на повноту, автор свідомо обмежився викладом методів, які далп основний масив результатів про НЛТР ефекти на протязі останніх років. В §2.4 викладені результати досліджень ефектів відхилення від ЛТР, отриманих іншими авторами для багаторівневих моделей атома літію. ..

В Рооділі 3 описана модель атома літію, яка використовувалась автором в розрахунках статистичної рівноваги літію при відмові від ЛТР. Основна частина результатів цієї роботи була отримана для даадцятирівневої моделі атома Ьі І, проте перші опубликовані результати були розраховані для шестирів-невої моделі. В §3.1 описана модель атома літію о 20 рівнями. 5 нижніх рівнів цієї і шестирівневої моделей співпадали, тому інформація про останню в Дисертації не приведена. Як і в роботах інших авторів, терми літія замінювались окремими рівнями, тобто тонка структура рівнів не враховувалась. В §4.2 описана методика розрахунків ймовірностей (швидкостей) радіативних переходів. Мультиплетна структура радіативних ов’язано-ов’язаних переходів задавала форму коефіцієнта поглинання. Профіль окремого компонента мультиплета характеризувався функцією Фойгта. При розрахунку ймовірностей радіативних переходів літію в їхніх частотах враховувалось поглинання випромінювання іншими атомами і молекулами. Формули для розрахунків ймовірностей переходів, зумовлених зіткненнями II роду з електронами, даються в §3.3. В цьому ж параграфі описані формули для розрахунків ймовірностей переходів внаслідок неконсерватиВних зіткнень з атомами водню.

Зауважимо, що перші розрахунки статистичного балансу для шестирівневої моделі атома літію були виконані автором саме о урахуванням таких зіткнень. Розділ завершує §3.4, в якому описана, методика розрахунків постійної затухання ліній поглинання. ’ .

В Рооділі 4 представлені дані про сучасні моделі атмосфер, які використовувались в цій роботі. В §4.1 розглянуті відмінності в моделях зоряних атмосфер, розрахованих різними авторами. Ці відмінності обумовлені в основному різним трактуванням фізичних процесів переносу енергії як конвекцією, так і полем випромінювання. Основна частина результатів була одержана для моделей атмосфер, розрахованих в рамках класичних допущень, які аналізуються в цій частині роботи. Методика розрахунків системи рівнянь іонізаційно-дисоціативної рівноваги описана в §4.2. Для моделей атмосфер К-М зір роз’вязок такої системи проводився з урахуванням найбільш поширених молекул в рамках ЛТР. Інформація про джерела непрозорості, які були враховані, дається в §4.3. В процессе розрахунків враховувалась непрозорість, обумовлена поглинанням випромінювання в континуумі, молекулярними полосами (які враховувались в рамках різних наближень), лініями атомів та іонів. В цьому ж параграфі представлені результати дослідження залежності покровного ефекту від ефективної температури зорі. В §4.4 описана процедура екстраполяції моделі атмосфери, яка необхідна для розрахунку насичених спектральних ліній поглинання літію у випадку атмосфер зір пізніх спектральних класів. Показано, що при використанні оригінальних моделей атмосфер (без інтерполяції) похибки визначення вмісту літію по насичених резонансних лініях можуть бути значними. В §4.5 представлена методика побудови простих моделей хромофер, за допомогою якої в цій работі моделювались інверсії температури в атмо-

ферах зір піоніх спектральних класів. Завершує розділ §4.6, в якому показана необхідність та можливість узгодження хімічного складу та структури моделі атмосфери конкретної зорі, що особливо важливо для червоних гігантів, які мають, як правило, "відмінний від сонячного хімічний склад.

В Рооділі 5 описані деталі методики розрахунків статистичного балансу літію. Резонансні лінії літію являють класичний випадок ліній поглинання, які контролюються фотоіонізацією (§5.1). Ця обставина має важливе значення для розуміння процесів їхнього формування. Значний вплив на лінії літію, що формуються в атмосферах зір лїзних спектральних класів, мають процеси переіонізації, обумовлені перевагою фотоіонізацій над фоторекомбінаціями. Ефективність процесів фотоионізації літію визначається інтенсивністю поля випромінювання в частотах зв’язано-вільних переходів літію. Розгляд проблем, пов’язаних о розрахунками усереднених характеристик поля випромінювання при врахуванні поглинання лініями атомів та молекул дається в §5.2. Тут же наголошується важливість радіа-тивних зв’язано-вільних переходів з другого рівня при розрахунках статистичної рівноваги літію. Лінії поглинання літію, зокрема, його резонансного дублету А670.8 нм, мають муль-типлетну структуру. Проблеми, обумовлені цією обставиною, розглянуті в §5.3. В §5.4 дано інформацію про програмний комплекс, який використовувався автором для вирішення задач Дисертації. Тут описані програми для разрахунку моделей атмосфер, їхні модификації, а також програми розрахунку НЛТР задач і кількісного аналізу даних спостережень.

Рооділ 6 містить виклад основних результатів дисертаційної роботи. Він складається з п’яти параграфів, в яких послідовно описані результати досліджень ефектів відхилення від ЛТР в атмосферах зір спектральних классов Р-М різної ме-

талічності і світимості.

В §6.1 описано результати досліджень HJ1TP ефектів в лініях літію для Сонця и зір сонячного типу, тобто з близкими до сонячних характеристиками (Те/у, log д, /і). їхні моделі ат-

• мосфер були розраховані автором з використанням методики вибіркової непрозорості. Автором показано, що для зір сонячного типу поведінка популяцій рівнів літію залежить від сили ліній його резонансного дублету. НЛТР задачі були розв’язані також для двох иапівемпіричних моделей сонячної атмосфери.

• Ці результати являють самостійний інтерес. Окремо описано дослідження можливого впливу непружних зіткнень о атомами водню на результати ИЛТР розрахунків.

В §6.2 аналізуються результати НЛТР розрахунків ліній літію в атмосферах карликів Гало в області ефективних температур ’’літієвого плато”. Моделі атмосфер цих зір були також розраховані автором. В цьому параграфі, як і в попередньому, основна увага приділяється вивченню ненасичених ліній літію. Розрахунки проводились для металічностей атмосфер зір від 0 до -3 dex. Головною метою цих досліджень було вивчення залежності НЛТР ефектів від металічності та ефективної температури цих зір. Ці дослідження дали два важливих результати. Зокрема, автором показано, що при зменшенні металічності зорі НЛТР ефекти в лініях літію суттєво не зростають. Причиною цього є зменшення градієнту температури в атмосферах зір меншої металічності. Не менш важливий висновок: при врахуванні НЛТР ефектів в лініях літію нахил ’’літієвого плато”, зменшується.

В §6.3 описано результати розрахунків статистичного балансу літію в атмосферах молодих зір. Основна увага приділялась моделюванню насичених піній поглинання літію, які спостерігаються в спектрах молодих пір типу Т Таи . В процесі

роботи моделювались лінії літію в спектрах як класичних (більш молодих), так і слабких зір типу Т Таи . В цій частині роботи основна частина розрахунків проводилась для класичних моделей атмосфер. Автором показано, що врахування НЛТР ефектів має важливе значення при інтерпретації даних спостережень. Порівняння ЛТР і НЛТР кривих росту показало на-явнісь суттєвих відмінностей між ними. При цьому величина і знак поправок до вмісту літію залежать від !Ге//, Іодд та власне вмісту літію в атмосферах молодих зір. Найбільш цікавий результат був отриманий для молодих зір з ефективними температурами, близькими до сонячних: врахування НЛТР ефектів в лініях літію систематично оменшус вміст літію. В той же час залежність НЛТР результатів від світимості зорі зменшується в інтервалі ефективних температур 4500-3500 К, порівняно з випадком ЛТР. Результати НЛТР розрахунків були використані для визначення вмісту літію в атмосферах конкретних молодих зір. В рамках першої роботи (Ма§агги еі аі. 1992) з урахуванням ефектів відхилення від ЛТР в резонансних лініях літію отримано вміст літію в атмосферах 33 класичних і слабких Т Таи зір в різних областях Галактики: ІодМпие(Ьі) = 3.29 ±0.39 бех. В рамках ще одного дослідження (МагЫп еі аі. 1994 ) для 30 слабих зір Т Таи одержано ІодА^ДХі) = 3.11 ± 0.11 сіех . Таким чином, врахування ефектів відхилення від ЛТР в лініях літію в значній мірі знімає проблему високого вмісту цього елементу в атмосферах молодих зір з Ге//= 5000 - 6000 К, що було одержано в рамках ЛІ’Р аналізу іншими авторами.

В рамках цієї роботи вивчався вплив НЛТР ефектів на єуб-ордішатні лінії літію. Показано, що поправки оа НЛТР ефекти для субординатних ліній літію АА 610.3 и 812.6 пш , які формуються в атмосферах молодих зір, позитивні в інтервалі ефективних температур 4000 - 5000 К.

Інший важливий результат був одержаний при дослідженні можливого впливу інверсії температур в атмосферах молодих оір (структур типу сонячних хромосфер) на лінії літію. При цьому використовувались порівняно прості моделі зоряних хромосфер. Ці дослідження покдоалн, що при врахуванні ефектів відхилення від ЛТР резонансні і субординатні лінії літію порівняно мало чутливі до структури зовнішніх областей.

В §6.4 дискутуються результати розрахунків НЛТР задач для'багаторівневої моделі атому літію в атмосферах червоних гігантів. Розрахунки проводились для гігантів о ефективними температурами 3600 - 4800 К. Досліджені зміни характеру НЛТГ ефектів в лініях літію як функції металічності. Розрахунки ста тистичного балансу літію проводились також для моделей атмосфер конкретних зір. В цьому разі точно враховувався їхній хімічний склад. Розрахунки НЛТР задач проводилось для резонансних та субординатних ліній поглинання літію в великому інтервалі його вмісту (0 - 3 сіех). В випадку резонансного дублету літію величини НЛТР поправок можуть змінюватись в широких межах: від +0.45 сіех (длд 39 Су§) до -0.23 <1ех (для НБ 112127).

В §6.5 описані результати НЛТР розрахунків для ліній літію в атмосферах пізніх М-карликів. Ця задача була вперше розглянута автором і має відношення до проблеми ідентифікації ’’коричневих карликів” - маломасивних холодних'об’єктів, в надрах яких літій не вигоряє. Особливістю розв’язку НЛТР задач в цьому випадку є те, що резонансні лінії літію при великому його вмісті ( ~ 3 <1ех) мають екстремально великі інтенсивності (еквивалентні ширини досягають ангстрема і більше). Область формування таких ліній зміщується в саі зовнішні шари атмосфери, що обумовлює додаткові труднощі обчислень. Наші розрахунки показали, що суттєва частина атомів літію тут може

бути зв'язаною в молекули, а самі лінії літію сильно бленду-ються молекулярними лініями. В результаті розрахунків НЛТР задач для двадцятирівневогї моделі атому літію для моделей атмосфер з Teff= 2500 і 3000 К автором було показано, що HJ1TP ефекти в лініях літію незначні (НЛТР поправка до вмісту літію не перевищує 0.1 dex), а лінії літію "пробиваються ” через молекулярний спектр ТіО. Таким чином, НЛТР ефекти не є перешкодою для ” літієвого тесту”. '

У Висновках Дисертації аналізуються наближення та допущення, які були використані при дослідженні описаних задач. Тут же дискутуються основні результати, які виносяться на захист.

Публікації о теми Дисертації

Magazzu, A., Rebolo, R., Pavlenko, Ya.V. 1992. Lithium abundances in classical and weak T Tauri stars. Astrophys.J., v. 392, p. 159-171.

Павленко Я. В. 1992. Эффекты отклонения от ЛТР и силь-ние линии Li I в атмосферах К-гигантов HD 9746 и HD 112127. Астроном, журн., т.69, вып.6, с.1179-1187.

Павленко Я.В. 1991. Статистическое равновесие и линии поглощения Li I АА 670.776 и 670.791 нм в спектрах краснвх гигантов. Методика . Астроном, журн., т.69, вып.4, с. 776-781.

Павленко Я.В. 1990. Эффекты отклонения от ЛТР и содер- • жание лития в атмосферах овезд. II. М-гиганты различной светимости и металличности . Кинемат. и физика небес, тел, т. 6, N 4, с.58-62.

Павленко Я.В. 1989. Эффекты отклонения от ЛТР и содержание лития в атмосферах овёзд. I. Солнце и К-гигант 9 Волопаса . Кинемат. и физика небес, теп, т. 5, N 6, с. 55-63.

Martin, E.L., Rebolo, R., Magazzu, A., Pavlenko Ya.V. 1994. Pre-main sequence lithium burning. I. Weak T Tau stars . Astron. Astrophys , v.282, p. 503-517.

Rebolo, R., Garcia Lopez, R.J., Martin, E.L., Beckman, J.E., McKeith, C.D., Webb, "J.K., Pavlenko, Ya.V. 1993. Beryllium abundances in unevolved metal-deficient stars, in ” Origin and evolution of elements”, ed. by N.Prantzos, E. Vangioni-Flam, and M. Casse. Cambridge University, Cambridge, England, p.149-152.

Martin, E.L., Rebolo, R., Qarcia Lopez, R.J.,Pavlenko, Ya.V.

1993. Observational patterns of lithium depletion in pre-main sequence stars . Proc. of IAU Coll. N 137 ’’Inside the stars”, ed. Weiss, p. 166-168. ,

Martin, EX., Rebolo, R., Pavlenko, Ya.V., 1993. The initial lithium abundances of T Tau stars, in ’’Origin and evolution of Elements”, ed. by‘N.Prantzos, E. Vangioni-Flam, and M. Casse. Cambridge University, Cambridge, England, p.221-226.

Magazzu, A., Martin, E.L., Rebolo, R., Pavlenko Ya.V. 1994. The behavior of the lithium abundance along Pre-main aequence phase. ESO-EIPC Workshop on the Light Element Abundances, ed. P.Crane, Elba, 23-25 May 1994, p. 56-58.

Павленко Я. В. 1994. Статистическое равновесие лития в атмосферах карликов различной металличности. Астроном, журн., т.71, вып. 4, с. 600-608. . .

Павленко Я.В.ц Яковина JL А. 1994. Модели атмосфер овеод поздних спектральиих классов и проблема определения химического состава этих звезд. Астроном, журн., т. 71, вып. 6, с. 863-869.

Pavlenko, Ya.V. 1995. Interpretations of stellar spectra: NLTE effects. Highlights of Astronomy (ed. I.Appenzeller), vol. 10, p. 453-454.

Pavlenko, Ya.V. 1994, Li 1 lines in pop II dwarf spectra: NLTE effects . ESO-EIPC Workshop on the Light Element Abundances, ed. P.Crane, Elba, 23-25 May 1994, p. 324-327.

Pavlenko, Ya.V. 1995. Interpretations of stellar spectra: NLTE effects. Mem It. Astron. Soc., v. 62, N2, p. 441-447.

Pavlenko, Ya.V., Rebolo, R., Martin, E.L., Garcia Lopez, R.J. 1995. Formation of lithium lines-in spectra of very cool dwarfs. Astron. &i Astrophys., v. 303, p. 807-818.

Pavlenko, Ya.V., Magazzu, A. 1996. Theoretical LTE & NLTE curves of growth for Li I lines in G-M dwarfs and subgiants . Preprint of Osservatorio Astrofisico di Catania, No 1/1996, p. 1-9.

Публікації, що цитуються в Дисертації ■

Cailsson, М., Rutten, R.J., Bruls, J.H.M.J., Shukina, N.G.

1994, The non-LT.E formation of Li I lines in cool stars. Preprint Ser. 17, Institut. of Theor. Astroph., p. 1-24.

Spite, F., Spite, M. 1982. Abundance of lithium in unevolved halo stars and old disk stars: Interpretations and consequences. Astron. & Astrophys., v.115, p. 357-366.

Павленко Я.В. Формирование линий лития в атмосферах звёзд поздних спектральных классов при отказе от J1TP. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.03.02 - астрофизика и радиоастрономия, рукоїіись. .Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 1996. Защищается 17 научных работ, которые содержат результаты исследования эффектов отклонения от ЛТР в атмосферах звёзд поздних спектральных классов. Исследовано влияние HJITP эффектов на линии пития в спектрах звёзд солнечного типа, карликов Гало, молодых звёзд (Т Таи), красных гигантов и М-карликов диска. Показано, что учёт HJ1TP эффектов в линиях лития имеет принципиальное значение для существенного улучшения современных знаний об эволюции как собственно лития в Галактике, так и Вселенной в целом. .

Ya.V.Pavlenko. Formation of lithium lines in atmospheres of late-type stars without LTE. Doctor of Sciences (Physics and Mathematics) Thesis in 01.03.02 - Astrohysics and Radiastronomy, a manuscript. Main Astrononical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1996. 17 papers considered results of the investigations of NLTE effects in late-type stellar atmospheres are defending. It has been investigated the impact of NLTE effects on lithium lines in spectra of solar-like stars, halo dwarfs, young stars (T Tau), red giants and M-dwaifs of the disk. It is shown that the account of NLTE effects in Li lines is of principal significance for the essentially refining of the modern knowledge about as an evolution of lithium itself in Galaxy as Universe in general.

Ключові слова: вміст літію, статистичний баланс, зоряні атмосфери, лінії поглинання.