Исследование вращательной модуляции у молодых нестационарных звезд тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

р V 5 'Cíft.

\ s oía №

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ГЛАВНАЯ АСГРСЬЮМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

На правах рукописи

ГРАНКИН КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ

УДК 524. 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ МОДУЛЯЦИИ 9 МОЛОДЫХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЗВЕЗД

Специальность: ОЬ03.02 - Астрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата Физико-натенатических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1995

Работа выполнена в Астрономической институте ииени рза Улыгбека Академии наук Республики Узбекистан

. Научный руководитель: ¡ктрй ^$ишо.£0-раггеиатических наук

В.С- Шевченко

инициальные оппоненты" нстор Физика-математических наук

шдидат Ф^зи^о-иатенатичееких наук

В.А. Гаган-Торн А.С• Мирошниченко

Ведущая организация! Государственный Астрономический иститут ни- П-К. 'Штернберга при МГУ

" ^ " ^ 1995 г. в ^

Запита состоится "_" ___1995 г- в '— час?

а заседании специализированного Совета (шифр К 002.92.01) лавной Астрономической Обсерватории РАН»

Адрес■ 196140, Санкт-Петербург, Пулкова, ГАО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РАО РАМ.

Л

Автореферат разослан " "_____ 1995 г-

Ученъш секрвтарь иециализираванного совета» аидидат Физшсо-иатеиатических наук

10-А- Наговицин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛГОШ

Актуальность теиы. Несмотря на значительный прогресс в наблюдениях экстремально молодых звезд СЭШ) типа Т Тельца (TTS) и Ае/Вэ Хербига (HBeS), связанный с развитием техники наблюдений на широком спектральном интервале (от рентгеновского до радиодиапазона), говорить о решении проблемы происхождения этих звезд eme рано. В частности, нет ясной концепции о природе нестабильности звезд этих типов. Многолетние наблюдения нескольких десятков звезд типа TTS и HBeS, полученные в рамках комплексной программ« ROTOR, представляют великолепную возможность для исследования характера нестационарности этих объектов и поиска скрытых закономерностей в их Фотометрическом поведении. Именно по этому первичный численный анализ кривых блеска представительной выборки звезд из програмш ROTOR становится особенно актуальным. Для проведения этого анализа было отобрано несколько десятков звезд С около 60% от общего ¡ число) с наиболее характерными кривыми блеска. При этон предполагалось, что первичный численный анализ позволит выявить ншбодео интересные объекты для последующего, выходящего за рамки этой работы, детального исследования их кривых блеска.

Цель работы. Исследование характера нестабильности и поиск скрытых закономерностей в Фотометрическом поведении избранных TIS, HBeS и родственных объектов на временной шкале от несколько« часов до нескольких лет. Основные задачи этой роботы!

1. Поиск затменных систем среди HBeS и TTS.

2. Выявление циклических и кваэииикямчеекик процессов у HíteS, связанных с существованием околозвезднмя структур ил:« специфичных тел.

3. Обнаружение вращательной модуляции у TIS. обусловленной наличием а Фотосферах этим звезд протяженных запятнанных областей.

4. Интерпретация полученный результатов в рамках известных Моделей. '

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Среди HBeS и TIS выявлено 6 кандидатов, показывающих строгую периодичность и затменно-подобные явления на интервале веек наших наблюдений. ВО Сер, RZ Rsc, Ш Ori, IL Сер, VY Tau и MWC 1080 могут входить в тесные двойные системы.

2. В Фотометрическом поведении 38 Ае/Ве звезд Хербига обнаружены циклические и квазициклические процессы, которые являются доказательством существования околозвездных структур различного происхождения. Эти процессы разделены по своей продолжительное? на три группы: многолетние ( 1-9 лет), средней продолжительное* Сот 10 до 100 суток) и быстрые С несколько десятков, часов). Возможно, что быстрые' процессы обусловлены вращением компактных горячих оболочек с периодами в 2-5 раз превышающими периоды осевого вращения HBeS. Это подтверждается переменностью профилей эмиссионных линий у некоторых HBeS. Процессы средней продолжительности скорее всего связаны с локальными неоднородностями прозрачности в относительно протяженных и колодных оболочках. Многолетние цикличности, обнаруженные у нескольких HBeS, представляют большой интерес и могут быть объяснены наличием гигантских протокомет, проходящих периастр.

3. Впервые обнаружены периодические изменения блеска у 14 звезд типа Т Тельца со слабыми эмиссионными линиями СШТЗ) и у 10 звезд типа Т Тельца с сильными эмиссионными линиями CCTTS). Подтверждены и уточены периоды у 7 VITS и 5 CITS. Вращательная модуляция CITS обусловлена наличием у этих звезд обширных.

оптически тонких оболочек и частично сходна с вращательной модуляцией у HBeS и VITS. Напротив, вращательная модуляция у VITS связана с присутствием в атмосферах этик звезд обширных запятнен-ных областей. Скорее всего периодические, изменения блеска у VITS можно объяснить механизмами активности солнечного типа. У большинства VTT5 обнаружена стабильность параметров фотометрической волны на протяжении нескольких лет.

На зецмту выносятся:

1. Результаты Фотометрических наблюдений 98 ЗМЗ.

2. Результаты поиска затменных систем среди ЗМЗ.

3. Результаты поиска циклической и квазициклической переменности, в поведении Ае/Ве звезд Хербига.

4. Результаты поиска периодической составляшей в изменениях блеска WTTS.

5. Результаты моделирования кривых блеска VITS.

Практическая цанность работы. На 48-см рефлекторе Высокогорной Майданакской экспедиции Астрономического института АН РУз в режиме мониторинга в течение 1987-1994 гг. в рамках программы ROTOR автором получен однородный ряд Фотоэлектрических UBVR-наблю-дений, насчитывающий 13368 оценок блеска для 98 экстремально молодых звезд.

Все наблюдения в обработанном виде хранятся на жестком диске компьютера типа IEM PC. Созданный банк данных доступен для веек желаших и может быть использован для дальнейшего изучения Фотометрического поведения HBeS, TTS и родственник объектов.

Обнаружение нескольких кандидатов в тесные двойные системы экстремально молодого возраста позволяет поставить закачу поиска ногых кандидатов в протоалголи и квазиалголи. Дальнейшие детальны? спрктг>')-льнн<? и |1отом«'Тричрск11р ис<:пг'Лог"1;'ия tnvix кандидатов дпгтг

уникальную возможность подучить надежные оценки масс, радиусов и светимостей их компонент. А эти данные крайне необходимы для построения теории звездообразования.

Обнаружение циклических и квазициклических процессов у большинства исследовании Ае/Ве звезд Хербига и разделение этих процессов на три типа позволяют предположить, что Фотометрическая переменность этих звезд обусловлена различными по своей природе механизмами. Дальнейший детальный анализ плотных фотометрических, поляриметрических и спектральных наблюдений Ае/Ве звезд Хербига может пролить свет на природу аккреционных образований, окружающих подавляющее большинство НВеБ.

Найденные особенности рятенных зон и активных областей поверхности УП5 заставляют предположить, что в случае Ш"Т5 сталкиваемся с активностью, которая очень похожа на активность солнечного типа. Дальнейшее изучение свойств вращательной модуляции у статистически значимой подгруппы ШТБ на временном интервале в несколько лет представляет особый интерес. Сравнивая свойства №113 со свойствами других активных звезд поздних спектральных типов С таких как СПБ, звезды типа ЯБ СУ п. ВУ Ога и сЖе-сМе карлики поля и молодых скоплений) мы сможем ответить на некоторые вопросы, связанные с активностью солнечного типа и продвинуться в понимании эволюции молодых маломассивных звезд.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на совещании рабочей группы "Галактика" (Китаб, сентябрь 1980 г.): на Всесоюзном совещании по классическим Ве звездам и Ае/Ве звездам Хербига САлма-Ата, октябрь 1990 г.): на 1-ой Международной Конференции "Природа и эволюционный статус Аб/Ве звезд Хе^ига" (Голландия, Амстердам, октябрь 1993 г.) и на научных семинарах Астрономического Института АН РУз.

Публикации и личный вклад автора. По результатам диссертации опубликована 21 статья, из которых 18 в соавторстве.

Автор настоящей работы включился в программу ROTOR в 1986 г. За это время им получено около 13500 Фотоэлектрических UBVR-оценок блеска лля 98 звезд типа Т Тельца, Ае/Ве звезд Хербига и родственник им объектов, что составляет более 20% от обшего числа наблюдения. Автор составил и отладил один из первых пакетов программ для коррелогрочмного. периодограммного и дисперсионного анализа временных рядов. Пакет программ адаптирован к реальным кривым блеска. Автором проведен анализ кривых блеска 40% звезд из числа тех, которые были подвергнуты численному анализу. Разработан вариант пятенноП модели для WTTS.

В работах £ 4} и [ 53 автором самостоятельно выполнены все наблюдения для 23 Vi lb, впервые обнаружены периодические изменения блеска у 11 WTTS и определены параметры запятненных областей. В статье [61 автор, привлекая данные других наблюдателей, обнаружил феномен стабильности Фотометрических периодов для 20 WTTS на интервале от 2 до 11 лет.

.Диссертант принял участие в коллективных наблюдениях нескольких десяткоз TTS С в работай [1], 193, Г153, Г173 и [213 ) и нескольких десятков HBeS (в работах С73. С143, С163, 1193 и [203). В результате анализа этих наблюдений автош впервые обнаружили периоды у 14 TTS (10 CTTS и 4 WTTS) и 40 HBeS. Кроме этого были подтверждены периоды у 12 TTS С 7 WTTS и 5 CTTS). В. этих работах автор принял участие в наблюдениях (от 20 до 50%) м самостоятельно выполнил поиск периодических, циклических и квазицикличоским процессов.

Статьи f 23. [ 83, [103 и [ 183 связаны с обнаружением мгети кандилатов п зпменные системы. Аптор примял участие п коллектив-

ных наблюдениях этих кандидатов (до 25% наблюдений) и самостоятельно выполнил поиск периодической составляшей в изменениях блеска ВО Сер, RZ Psc, VY Tau и MWC 1080.

С целью сравнения Фотометрических свойств WTTS со свойствами другим активных звезд поздних спектральных типов в рамках программы ROTOR проводятся наблюдения нескольких звезд типа FK Сою. Автор принял участие в наблюдениях 3 звезд типа FK Cow (статьи ' Í11J. £123 и Í133).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературу (129 наименований). Общий объем работы - 120 страниц, включая 28 рисунков и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дано краткое описание комплексной программы ROTOR, проводимой на горе Майданак сотрудникам!» отдела переменных звезд Астрономического института АН РУз. и пакета программ, предназначенного для численного анализа Фотоэлектрических наблюдений. Кроме этого в нем обозначены актуальность, цель, задачи, научная и Практическая ценность работы, приводятся выносимые на защиту результаты, список публикаций и личный вклад автора.

В первой главе приводятся результаты поиска затмвнных систем среди звезд типа Т Тельцу и Ае/Ве звезд Хербига.

Вначале обсуждается важность обнаружения тесных двойных систем (ТДС) для дальнейшего определения физических характеристик, их компонентов. Формулируются критерии отбора кандидатов ь ТДС и приводится описок всем кандидатов. Предложено условное деление о'шб-

ранных кандидатов в ТДС на две группы - протоалголи и квазиалголи. Далее обсуждаются пять кандидатов в квазиалголи и рассмотрена одна система с компонентами высокой светимости. В конце главы коротко сформулированы основные Фотометрические свойства кривых блеска квазиалголей и обращается внимание на необходимость проведения одновременных Фотометрических и спектральных наблюдений этан звезд.

Во второй главе дается описание трех типов циклических и квазицикдмческих процессов в Фотометрическом поведении Ае/Ве звезд Хербига. Обсуждаются различные типы кривых блеска HBeS и предлагается специальная терминология для описания различного рода циклических и стохастических процессов, которые были обнаружены на кривых блеска этих звезд. Результаты поиска скрытых закономерностей в Фотометрическом поведении HBeS приведены в сводной таблице 2.1. Рассматриваются циклические и квазиииклические процессы различной продолжительности на примерах отдельных звезд и обсуждаются некоторые возможные механизмы, вызывающи? эти процессы. В конце главы приводятся основные результаты анализа кривых блеска избранных HBeS и перечисляются некоторые особенности Фотометрического и спектрального поведения этих звезд, ожидаемые в рамка« извести ь»х моделей.

Третья главе посвяшена исследованию пятенной вращательной модуляции, обнаруженной у VITS.

В начале главы обсуждается различие свойств периодической составляющей у CTTS и VITS. Показано, что в случае WTTS mw сталкиваемся с активностью, которая очень похожа на активность солнечного типа. Подчеркивается важность изучения свойств пятенной вращательной модуляции у статистически значимой подгруппы VTTS на временном интервате п несколько лет. Лалее пседстаплены результаты лоягоргомчшюй 'Ьтгометричрсгпй программ наблюдений 3t VTTS. Рас-

' - 10 -

сматривавтся выборка звезд, даны характеристики наблюдательных рядов. приводятся результаты периодограммного анализа. Ниже описана программа, позволяющая решать фазоьш кривые блеска и получать информацию о размере и температуре запятненных областей. Затем обсуждаются некоторые Физические параметры WTTS и их пятенных зон.

В заключении перечислены основные результаты проделанной работы и указаны возможные направления дальнейших исследований.

Приложение I содержит описание тех методов спектрального оценивания, которые были использованы при поиске периодических процессов в Фотометрическом поведении Ае/Ве звезд Хербига. звезд типа Т Тельца и родственных объектов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

• 1. Среди звезд типа Т Тельца и Ае/Ве звезд Хербига выявлено .шесть объектов, которые показывают строгую периодичность на всем интервале наших наблюдений. У ВО Сер, RZ Psc, GW Orí, IL Сер, VY Таи и 'МУС 1080 обнаружены регулярные изменения блеска с периодами 10.65781, 13.7992, 241.9, 50.9, 5.36995 и 2.88692 суток соответственно. ВО Сер, RZ Psc, GW Orí и IL Сер наряду с периодической составляшей демонстрируют еще и алголеподобные ослабления блеска. Причем Форма и амплитуда этих ослаблений заметно меняются с течением времени. В отдельных случаях алголеподобные ослабления блеска могут исчезать совсем. Наблюдательные особенности Фазовых кривых блеска этих объектов можно объяснить, если предположить, что они являются тесными двойными системами. Угол между лучом зрения и нормалью к плоскости орбита для этих систем близок к 90°, но не достаточен для того, чтобы вызвать затмение одного компонента другим. Скорее всего, алголеподобные ослабления блеска вызваны затме-

- и -

ниями основного компонента газо-пылевой оболочкой» окружахщей вторичный компонент. Изменения амплитуды этих ослаблений могут быть обусловлены колебаниями степени заполнения внутренней критической поверхности Ftouia вторичного компонента.

2. В Фотометрическом поведении четырех десятков Ае/Ве звезд Хербига обнаружены циклические и квазициклические процессы. Эти процессы разделены по своей продолжительности на три группы: многолетние С 1-9 лет ). средней продолжительности С от 10 до 100 суток) и быстрые ( несколько десятков часов). Многолетняя цикличность в чередовании глубоких ослаблений блеска найдена у шести звезд и заподозрена у девяти. Малоамллитудная цикличность и квазицикличность на интервале от 10 до 100 дней найдена у 17 объектов и заподозрена еще у трех. Амплитуда и частота циклов подвержены изменениям. В половине случаев цикличность проявляется лишь в отдельные наблюдательные сезоны. Циклы продолжительностью в несколько десятков часов обнаружены у 4-х звезд и заподозрены у семи. Найденные циклические и квазициклические процессы, скорее всего, связаны с околозвездными образованиями. - газовыми и пылевыми оболочками различной Формы и протяженности.

3. Впервые обнаружены периодические изменения блеска у 24 звезд типа Т Тельца. Кроме этого подтверздйны и уточнены периоды еще у 12 звезд этого типа. Вращательная модуляция, обнаруженная у классических звезд типа Т Тельца CCTTS), частично сходна с вращательной модуляцией у Ае/Ве звезд Хербига и. судя по всему, обусловлена наличием обширных оптически тонких л/или толстых оболочек. Нанротав, периодические изменения блеска у звезд типа Т Тельца со слабыми эмиссионными линиями CWTTS) можно объяснить

механизмами активности солнечного типа. Вращательная модуляция у

<

WITS скорее всего' связана с присутствием в атмосферах этих звезд

обширный за'пятненных областей. Наиболее интересным и важным результатом исследования свойств пятенной вращательной модуляции у WTT5 явилось обнаружение стабильности начальной эпохи и периода фотометрической волны на интервале от 2-х до 12 лет наблюдений. Вполне возможно, что стабильность Фотометрических периодов VTTS обусловлена устойчивостью "активных" долгот, на которых расположены протяженные эапятненные области. Обнаружена обратная корреляция между периодом вращения и рентгеновским потоком.

Описанные рыше результаты получены в процессе первичного анализа кривых блеска около 60% звезд, которые наблюдались в рамках программы ROTOR. В результате обнаружения периодических, циклических и квазициклических Явлений в фотометрическом поведении представительной выборки молодых нестационарных звезд удалось выявить наиболее интересные объекты и конкретизировать направление дальнейших исследований.

, Новые детальные спектральные и Фотометрические наблюдения кандидатов в протоалголи и квазиалголи дают уникальную возможность получите надежные оценки масс, радиусов и светимостей экстремально молодых звезд- А эти данные крайне необходимы для построения теории звездообразования.

Проведение одновременных Фотометрических, поляриметрических и спектральных наблюдений Ае/Ве звезд Хербига поможет пролить сеют на природу аккреционных образований, которые окружают подавляющее большинство этих звезд.

Изучение свойств пятенной вращательной модуляции у статистически значимой подгруппы звезд типа Т Тельца со слабыми эмиссионными линиями на временном интервале превышающем десяток ж'т позволит исследовать свойства зэпятненных областей (их размеры, температуры, времена жизни) и сравнить их со свойствами

- 13 -

пятенных зон, которые находятся на Солнце.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих статьях:

1. Бердников Л.Н., Гранкин К. Н.. Черныше А. В., Шевченко B.C., Якубов С. Д. Обнаружение вращательной модуляции у звезд типа Т Тельца в темном облака р Oph. - Письма в АЖ., .1991, т. 17,

N 1. с. 50-59.'

2. Шевченко B.C., Витриченко Э.А., Гранкин К.Н., Ибрагимов М. А.. Мельников С. Ю. Протоалголи и квазиалголи. - Письма в АЖ. 1993, т. 19, N 4, с. 334-347.

3. Шевченко В. С., Гранкин К. Н., Мельников С. Ю. Структура RSF 4 Cyg В - Области звездообразования в необычном ракурсе. - АЖ., 1988, т. 65, вып. 6, с. 1230-1243. ' •

4. Grankin K.N. Discovery of 5.66 day periodicity of HBC379 = NTTS041636+2743 = TAP29 = LkCa7.- IBVS. 1991, No 3720, P. 1-4.

5. Grankin K.N. Periodic light variations in ten weak emission

T Tauri stars in Taurus-Auriga complex. - IBVS, 1993. No 3823, P. 1-3.

6. Grankin K.N. On the stability of spotted regions ori stellar surfaces of weak-line T Tauri stars. - IBVS. 1994, No 4042. P. 1-4.

7. Grankin K. N.. Shevchenko V.S. Ori periodical phenomena in shells of Herbig Ae/Be stars. - Theses all-union conference ori classical Be stars and Ae/Be Herbig Stars; editor Maroatkazina A.Kh.. Alma-Ata, 1990. P. 53-54.

Grankin K.N., Ibragimov M.A., Melnikov S. Yu., Shevchenko V.S., Yakubov S.D., Abraiuian G.V.. Melikian N. D,, Jankovics I. Quasialgol ВО Сер. - IBVS. 1991, No 3627, P. 1-4.

9. Grankin K.N., Ibraglmov M. A.. Melnikov S.Yu.. Shevchenko V,S.. Yakubov S. D. The discovery of 5.37 day periodicity of VY Tau.

- IBVS. 1991, No 3658, P. 1-4.

10. Grankin K.N., Shevchenko V.S., Chernyshev A. V., Ibraglmov M. A.. Kondratlev V.B., Melnikov S.Yu., Yakubov S.D., Mellklan N. D.. Abramian G. V. The extremely young close binary si stem Herbig Be-star V628 Cas - MWC 1080. - IBVS. 1992. No 3747,

P. 1-4.

11. Jetsu L., Anttlla R.. Dmitrienko E.. Grankin K.N.. Huovelln J.. Melnikov S.Yu.. Shevchenko V.S., Tuominen I.. The FK Comae - type candidate IE 1751+7046: UBVRI photometry. Astronomy and Astrophysics. 1992. V. 262, P. 188-194.

12. Jetsu L,, Tuominen I.. Antov A., Bopp B. V.. Chugainov P. F., Grankin K.N., Linnaluoto S., Melnikov S.Yu., Nations H.L., Panov K.P.. Shevchenko V.S. Collected photometry of FK Comae Berenices. - Astron. Astrophvs. SuppI. Ser. 1994, V. 103,

P. 183-188.

13. Jetsu L.. Tuominen I., Grankin K.N.. Melnikov S.Yu., Shevchen ko V.S., New "flip-flop" of FK Comae Berenices. - Astronomy and Astrophysics. 1994, V. 282, L9-L12.

14. Melnikov S.Yu., Shevchenko V. S., Grankin K. ¡1. Ibraglmov M. A. Yakubov S.D., Light curve peculiarities of AS 442 - NSV 13308

- IBVS. 1993. No 3895, P. 1-4.

15. Petrov P.P., Shcherbakov V.A., Berdvuglna S. V.. Shevchenko V. S. Grankin K. N., Melnikov S.Y. Photometric and spectroscopic observations of the spotted T Taurl star V 410 Taurl. -Astron. Astrophvs. Suppl. Ser. 1994, V. 107, P. 9-22.

16. Shevchenko V.S.. Grankin K. N., Ibraglmov M. A.. Melnikov S.Yu. Yakubov S.D. i eriotiic phenomena or) V373 CeP « LkH=3 light

curve. - IBVS, 1991, Mo 3628, P. 1-4.

17. Shevchenko V.S., Grankin K.N., Ibragimov M.A., Melnlkov S. Yu., Yakubov S.D., Chernyshev A. V. A search for rotational modulation of T Tauri stars in the Tau and Oph dark clouds,- IBVS, 1991, N6 3652, P. 1-4.

18. Shevchenco V.S.. Grankin K. N.. Ibragimov H. A., Malnikov S.Yu. The possible eclipses in the T Tauri spectroscopic binary sistem GW Orionis. - IBVS. 1992, No 3746, P. 1-4.

19. Shevchenko V.S., Grankin H.N., Ibragimov M.A,» Mslnikoy S. Yu., Yakubov S. D. Periodic phenomena in Ae/Be Herbig stars light curves. I. Light curves classification and digital analysis methods. - Astroph. and Space Science. 1993, V. 202,

P. 121-136.

20. Shevchenko V.S.. Grankin K.N., Ibragimov M.A,. Melnlkov S.Yu., Yakubov S. D. Periodic phenomena in Ae/Be Herbig stars light curves. II. Results and probable interpretation for selected stars. - Astroph. and Space Science. 1993, V. 202. P. 137-154.

21. Zakirov M.M., Aziroov A. A,, Grankin K.N. BVR photometry of six pre - main - sequence spectroscopic binaries. - IBVS, 1993, to 3898, P. 1-3.