Фотометрические и спектральные проявления пульсационной активности звезд нижней части полосы нестабильности тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РГ6

0!\

17

им»

.-О

одесский государственный университет им.и.и.мечников а

На правах рукописи

МКРТИЧЯН Давид Егишевич

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ЗВЕЗД НИЖНЕЙ ЧАСТИ ПОЛОСЫ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

Специальность 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Одесса --1993

Работа выполнена в астрономической обсерватории Одесского университета. Научный руководитель:

кандидат физ.-мат. наук 10.С.Романов

Официальные оппоненты:

доктор фиэ.мат.наук И.А.Климпшпн кандидат фпз.мат.наук А.Л.Памятных

Ведущее учреждение:

Крымская астрофизическая обсерватория

•Защита состоится ....... 1993г. в " час.

на заседании специализированного совета K0GS.24.11 по защите диссертаций на сосканне ученой степени кандидата физико-математических наук при Одесском государственном университете по адресу: 270000, г.Одесса, ул. Петра Великого 2. Большая физическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского университета пм. И.И.Мечникова (ул. Преображенская, 24).

Автореферат разослан "(к." ..... 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор физ.-мат. наук.

А.В.Затовскип

Актуальность работы. В последнее десятилетие благодаря быстрому развитию теории звездных пульсаций и успехам наблюдательной астрофизики возникло новое направление в современной астрофизике- звездная (солнечная) сейсмология. Практическая мощь звездной сейсмологии объясняется тем, что обнаруженные и идентифицированные, по фотометрическим и спектральным наблюдениям, частоты мод собственных нерадиальных осцилляции звезд дают уникальную информацию о внутреннем строении звезд, недоступную другим методам исследований. Наибольший интерес для звездной сейсмологии представляют пульсирующие 6 Set и СР"2 звезды нижней части полосы нестабильности у пересечения ее с главной последовательностью, теоретические расчеты пульсационных моделей которых, показывают нестабильность, относительно пульсаций, обширного спектра радиальных и нерадиальных мод низких, промежуточных и высоких степеней 1. Это дает уникальную возможность применения хорошо развитых методов солнечной сейсмологии для определение детального внутреннего строения звезд, стратификации плотности, температуры, давления с глубиной, градиента химсостава, дифференциального вращения и т.д..

Однако, на данном этапе развития, звездная сейсмология находится на стадии определения интегральных параметров звезд, что связано прежде всего с малой численностью фотометрических и спектральных наблюдательных данных необходимого качества и узостью 1-спектра мод доступных для обнаружения из-за специфики звездных наблюдений, т.е. наблюдений оптически неразрешаемых дисков звезд. В силу пространственной структуры нерадиальных мод проблема их обнаружения и идентификации одна - из главных задач практической астросейсмологни.

Решение этих задач применительно к звездам нижней части полосы нестабильности требует проведения фотометриче-спх и спектральных наблюдений с целью поискан исследований

фотометрических и спектральных проявлений их пульсацион-ной активности, идентификации спектра возбужденных мод, а также разработки новых чувствительных методов обнаружения и идентификации мод нерадпальных осцилляций.

Целью работы является:

1. Получить фотометрический и спектральный материал который бы позволил выяснить пульсационную активность F0 IV звезды г Cyg, установить ее принадлежность к звездам типа 6 Set и исследовать спектр возбуждаемых мод. На основе литературных данных исследовать орбитальное движение г Cyg

2. Исследовать спектральную переменность водородной линии На у переменной F2 IV звезды типа <5 Set v UMa и идентифицировать пульсационные периоды.

3. Исследовать спектральную переменность водородной лн-ннн HQ у заподозренной в переменности F0 IV звезды 23 UMa. Установить принадлежность ее к звездам типа S Set и идентифицировать возбужденные пульсационные моды.

4. Исследовать влияние поверхностных неоднородностен в распределении химических элементов на спектральные проявления нерадпальных пульсаций у СР2-звезд.

5. Разработать методику постановки наблюдений, обнаружения и идентификации нерадпальных пульсаций низких, промежуточных и высоких степеней 1 у СР2-звезд.

Научная новиона работы определяется прежде всего следующими результатами:

1. По полученным в 1986 г. фотометрическим наблюдениям впервые обнаружена и подтверждена по фотометрическим данным 1989 г. быстрая переменность блеска т Cyg с периодом 40 минут. Обнаруженный период идентифицирован с пятым обертоном мод низких степенен 1<4. Подтверждена принадлежность т Cyg к звездам типа <5 Set. Обнаружены свидетельства спектральной переменности линии К Call. На

основе литературных данных построена орбитальная кривая лучевых скоростей г Cvg.

2. У пульсирующей звезды типа 6 Set v UMa обнаружена переменность лучевых скоростей водородной линии На с периодом 0.063 суток и амплитудой 2К=12.3 км/с, интерпретированная как вызванная с наибольшей вероятностью возбуждением третьего радиального обертона, возможно находящегося в резонансе с секториальными модами степени ]=1С и периодом 0.0G6 суток обнаруженными позднее другими авторами.

3. У заподозренной переменной звезды 23 UMa по лучевым скоростям водородной линии На впервые для 6 Set звезд обнаружен и идентифицирован мультнпериодический спектр возбужденных высокообертонных 5 < п < 15 акустических мод с эквидистантной структурой частотного спектра. Впервые для 6 Set звезд, построена эшелле-диаграмма для частотного спектра 23 UMa мод, показывающая разделение спектра на моды четных н нечетных степеней 1. По значению "большого расщепления" Ai/0 = 5.1/*Гц н эффективной температуре установлено положение 23 UMa на диаграмме Герцшпрунга-Рессела как звезды с массой 1.6-1.7 на стадии начала оболочечного горения водорода.

-1. На модельных расчетах исследовано влияние поверхностных неоднородностей в распределении химических элементов на пульсацпонных изменениях профилей спектральных линий у СР-2 звезд. Показано несоответствие истинных и наблюдаемых из пульсацпонных изменений профилей линий квантовых чисел 1 и m характеризующих пространственную структуру мод.

5. Впервые обоснована и подтверждена на основе модельных расчетов, возможность увеличения чувствительности обнаружения (вплоть до 2-3 порядков) у СР2 звезд нераднальных мод промежуточных и высоких степеней 1>3. Для СР2 звезд введено понятие "периодический пространственный фильтр".

Для различных конфигураций поверхностных распределений химических элементов, выполнены модельные расчеты периодических пространственных фильтров, амплитуд и фаз пуль-сационных лучевых скоростей.

6. Предложена новая чувствительная спектральная методика постановки наблюдений, обнаружения и пространственной фильтрации нераднальных осцилляции у СР2 звезд, эквивалентная наблюдениям "звезды как Солнца".

Практическая ценность работы.

Важнейшей практической ценностью работы являются прежде всего:

1. Обнаружение по фотометрическим и спектральным наблюдениям у избранных ё Set звезд спектрального класса F0-F2 IV возбужденных акустических р-мод промежуточных и высоких обертонов. Факт обнаружения мод промежуточных и высоких обертонов позволяет: а) по видимому, по новому взглянуть на проблему связи пульсационной активности 6 Set звезд и быстропульспрующих холодных (A7-F0) СР2-звезд, так-как ранее предполагались различными механизмы возбуждающие их колебания; б) поставить задачу поиска как новых быстропульспрующих 6 Set звезд так и низкообертонных пульсаций у холодных СР2 звезд.

2. Моделирование спектральных проявлений нераднальных пульсаций у звезд с неоднородным поверхностным распределением химических элементов.

3. Разработка для СР2-звезд новой чувствительной спектральной методики постановки наблюдений, обнаружения по допплеровекпм сдвигам спектральных линий и идентификации мод нераднальных осцилляции низких, промежуточных и высоких степеней 1. Результаты моделирования пульсацнонных изменений профилей линий и лучевых скоростей могут быть использованы для идентификации мод у различных типов бы-

стро Ii медленно вращающихся звезд с неоднородным поверхностным распределением химических элементов или локальных профилей. Методика может быть использована для корректной постановки наблюдений и пространственной фильтрации нерадиальных осцилляции в случае звезд с поверхностным неоднородным распределением химических элементов.

Апробация работы.

Работы по теме диссертации докладывались: на Всесоюзной конференции "Проблемы астрономни"(Одесса.1987); Tth Conference of Subcommission No.4 "Magnetic Stars1" (CA0.1987); на конференции молодых астрофизиков "Нестационарные звезды" (Бюракан, 1988); на международной конференции "Stellar Magnetism" (САО. 1991); IAU СоП. No. 137 "'Inside the Stars"(Vienna, 1992). а также на семинарах Одесской обсерватории и Крымской астрофизической обсерватории.

На защиту выносятся:

1.Результаты фотометрических и спектральных исследований т Cyg. обнаружение и интерпретация короткопернодн-ческих осцилляции блеска с периодом 40 минут, результаты исследования орбитальной лучевой скорости г Cyg.

2. Результаты спектрального исследования водородной линии На у пульсирующей 6 Set звезды v UMa, обнаружение и идентификация короткопернодических изменении лучевых скоростей с периодом 0.063 суток.

3. Результаты спектрального исследования водородной линии На у 23 UMa, обнаружение и идентификация высокообер-тонного спектра р-мод.

4. Результаты моделирования спектральных проявлений нерадиальных пульсаций у звезд с неоднородным поверхностным распределением химических элементов. Вывод о возможности увеличения чувствительности обнаружения у СР2-звезд нерадиальных мод промежуточных и высоких степеней 1. Ме-

тодика постановки наблюдений, обнаружения и пространственной фильтрации нерадиальных пульсаций у СР2-звезд.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. В диссертации содержится 147 страниц машинописного текста включая 1С таблиц и библиографию из 179 названий работ, и 59 рисунков. Общий объем диссертации составляет 200 страниц. По теме диссертации опубликовано 4 работы, их перечень приводится в заключении.

Во введении дается обоснование темы диссертации, определяется цель работы и изложена структура диссертации.

В главе 1 дана общая характеристика пульсирующих 6 Set и СР2 звезд нижней части полосы нестабильности, отмечены теоретические и наблюдательные свидетельства актуальности исследований частотных спектров возбуждаемых у них пуль-сационных мод.

В главе 2 дан обзор поиска переменности т Cyg, приведены результаты анализа литературных данных лучевых скоростей и фотометрических и спектральных исследований г Cyg в 1986 и 1989гг.

В главе 3 приведены результаты исследований быстрой спектральной переменности водородной линии HQ 6 Set звезды v UMa и заподозренной в переменности звезды 23 UMa.

В главе 4 дана общая характеристика наблюдательых проявлений нерадиальных пульсаций и методов их обнаружения в звездной сейсмологии. Поставлена задача обнаружения и идентификации мод промежуточных и высоких степеней 1 у СР2-звезд. Приведены результаты моделирования спектральных проявлений нерадиальных пульсаций для СР2- звезд. Предложена методика постановки наблюдений, обнаружения и идентификации нераднальных пульсаций у СР2-звезд.

В заключении приведены итоги основных результатов работы и приводится список публикаций автора по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Из анализа литературных данных лучевых скоростей г Cyg найдено, что имеют место кратковременные и орбитальные изменения лучевых скоростей г Cyg. Оценена амплитуда орбитальных изменений лучевых скоростей т Cyg главного компонента визуально-двойной системы ADS 14787. построена орбитальная кривая лучевых скоростей т Cyg и определена

—скорость центра масс системы -22.8 км/с. Из анализа фотоэлектрических наблюдений г Cyg в 1986г., обнаружены ко-роткопериодические изменения блеска звезды с частотами 6.3, 35.9 (36.1) п 32.4 циклов/сут. Частоты 35.9 (36.1) и 32.4 ци-клов/сут интерпретированы как принадлежащие модам низкой степени 1<3, 5 и 4 обертонов, соответственно. По фотоэлектрическим наблюдениям в 1989г. подтверждено существование короткопериодических изменений блеска с периодом около 40 минут (частота 36.4 циклов/сут). Подтверждена принадлежность т Cyg к звездам типа 6 Set. По спектральным наблюдениям для даты HJD 2446677 обнаружены свидетельства переменности эквивалентных ширин линии К Call.

2. Обнаружена короткопериодическая переменность лучевых скоростей водородной линии На с периодом 0.063 суток у <5 Set звезды v UMa. Подтверждена, по анализу независимых фотометрических данных других авторов, реальность существования найденной переменности. На основе сравнения вычисленных наблюдаемых и теоретических значений пульсаци-онных констант, показано, что обнаруженный период с наибольшей вероятностью соответствует третьему радиальному обертону, возможно находящегося в резонансе с секторналь-ными модами степени 1=16 и периодом 0.066 суток, обнаруженными позднее, из анализа профилей спектральных линий, другими авторами.

3. Обнаружена быстрая переменность лучевых скоростей водородной линии HQ у заподозренной в переменности звезды 23 UMa. Подтверждена принадлежность 23 UMa к зведам типа 6 Set. У 23 UMa, обнаружено существование возбужденных высокочастотных акустических мод с частотами 28.6, 39.6, 44.4, 59.5 и 68.3 цнклов/сут, обнаружена эквидистантность структуры их частотного спектра. Наблюдаемая эквидистантность интерпретирована в рамках асимптотической теории Вандакурова-Тассуль, как вызванная возбуждением 6,8,9.12 и 14 обертонов степени 1<3. По наблюдаемому декременту разностей между частотами последовательных обертонов подтверждена звездная природа обнаруженного частотного спектра и достоверность идентификации. Построена эшелле-дпаграмма частотного спектра 23 UMa, демонстрирующая разделение частотного спектра мод на моды четных и нечетных степеней 1. Произведена идентификация обертонов п=6,12,14 и п=8,9 как принадлежащих, с наибольшей вероятностью, к степеням 1=0 и 1=1 соответственно. По значению "большого расщепления" Дг^о = 51/гГц установлено положение 23 UMa на диаграмме Герцшпрунга-Рессела, как звезды с массой 1.6-1.7 на стадии начала оболочечного горения водорода.

4. На модельных расчетах исследовано влияние поверхностных неоднородностей в распределении химических элементов на спектральные проявления нераднальных пульсаций у СР2-звезд. Для набора акустических секторпальных мод степени 1=2,5 и 9, выполнено моделирование пульсационных изменений профилей линий для модели звезды с пятном на поверхности. Показано несоответствие (снижение) истинных и наблюдаемых из интегральных профилей квантовых чисел 1 и ш.

5. Обоснована возможность обнаружения у СР2-звезд нерадиальных мод промежуточных и высоких степеней 1>4 и возможность существенного расширения спектра детектируемых нераднальных мод вплоть до 1=9, по измерениям доппле-

ровских сдвигов центроидов спектральных линий неоднородно распределенных по поверхности химических элементов. Для секторнальных и зональных мод и набора круговых пятен с избытком содержания хрома +1.88 с1ех проведены численные молельные расчеты пульсацнонных лучевых скоростей, подтверждающие возможность увеличения чувствительности наблюдении до 2-3 порядков при использовании предлагаемой методики наблюдений.

6. Для СР2-звезд введено понятие "периодический пространственный фильтр" (ППФ). Для различных конфигураций поверхностных неоднородностей в распределении хрома (круговые пятна, кольцевые структуры с избытком Сг +1.88 (1ех), для секторнальных и зональных мод и для модели "наклонного пульсатора"' выполнены модельные расчеты ППФ, показана возможность сильной модуляции амплитуд лучевых скоростей пульсацнонных мод с вращением звезды. Показано, что в модели "наклонного пульсатора'' модуляция связанная с поверхностными неоднородностямн, накладывается на модуляцию, вызванную изменением, с вращением звезды, угла видимости пульсационного полюса и может сдвигать фазы экстремумов амплитуд пульсацнонных лучевых скоростей относительно фаз кроссовера и максимума магнитного поля.

7. Исследовано влияние поверхностных неоднородностей на амплнтудо-фазовые проявления у пульсацнонных лучевых скоростей. Показано на модельных расчетах что для зональных мод, фазовые сдвиги, определенные по линиям различных химических элементов, близки к значениям 0 или 0.5 от периода пульсаций.

8. Предложена новая чувствительная спектральная методика постановки наблюдений, обнаружения и пространственной фильтрации нераднальных осцилляции у СР2-звезд, эквивалентная наблюдениям "звезды как Солнца" включающая:

а) Предварительное картирование поверхности звезд для

наборов спектральных линий химических элементов имеющих различное неоднородное поверхностное распределение.

б) Численные модельные расчеты функций периодических пространственных фильтров для картированных конфигурации химических элементов, данного набора спектральных линий и искомых мод.

в) Получение наблюдательных спектральных данных н измерения лучевых скоростей для по центроидам данного набора спектральных линий различных химических элементов (соответствующим различным ППФ).

г) Анализ частотных спектров, амплитуд, фазовых сдвигов. средних значений лучевых скоростей для линий различных химических элементов. Сравнение с модельными значениями для расчнтанных ППФ, и идентификация мод по совпадению амплитудо-фазовых характеристик.

Основное содержание диссертации изложено в следующих статьях

1. Mkrtichian D.E. Detection of nonradial pulsations of stars with an inhomogeneous surface distribution of chemical elements. In: "Magnetic Stars", Leningrad, "Nauka", 1988, 195-196.

2. Мкртнчян Д.Е. О применении периодических пространственных фильтров для обнаружения и фильтрации нерадиальных колебаний у Ар-звезд. Сб. ''Проблемы Астрономии", ч.4, Деп. УКРНИИНТИ, N.1432, Киев, 1990, 106-126.

3. Мкртичян Д.Е. Переменность линии HQ в спектрах звезд нижней части полосы нестабильности, v UMa. Письма в Астрон. Ж., 1990,16, 1107-1112.

4. Mkrtichian D.E. Model calculations of periodic spatial filters and line profile variations for pulsating CP2 stars. In: "Stellar Magnetism", Sankt-Petersburg, "Nauka", 1992, 260-263.