Лучевые скорости и радиусы классических цефеид тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Московским государственным университет им. М.В,Ломоносова Физический факультет Кафедра астрофизики и звездной астрономии

3 ОД На правах рукописи

1 2 ГШ гя?

УДК 524.3

САЧКОВ МИХАИЛ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ЛУЧЕВЫЕ СКОРОСТИ И РАДИУСЫ КЛАССИЧЕСКИХ ЦЕФЕИД

Специальность: 01. 03. 02 - астрофизика, радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва -1998

Работа выполнена на кафедре астрофизики и зиездмом астрономии МГУ им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук РАСТОРГУЕВ A.C.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук ЕФРЕМОВ Ю.Н. доктор физико-математических наук ФАДЕЕВ Ю.'А.

Ведущая организация: АКЦ ФИРАН

Защита состоится " ^ " _1998 г. в /^ час.

на заседании Специализированного совета по астрономии Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, шифр Д. 053.05.51.

Адрес: 119899, Москва, Университетский проспект, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного астрономического института им. П.К.Штерберга при МГУ (Москва, Университетский проспект, 13).

Автореферат разослан " ^ " _1998 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

Л.Н.БОНДАРЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время велик интерес к проблемам, связанным со шкалой расстояний во Вселенной, поскольку они непосредственно затрагивают широкий спектр вопросов: от звездной эволюции (возрасты шаровых скоплений), строения и кинематики Галактики и звездных систем, до космологии (возраст Вселенной). Надежды на окончательное решение проблемы, связывавшиеся с выполнением проекта ШРРАКСОБ, как показали многочисленные дискуссии в научной литературе, оправдались не полностью. По-прежнему рассматриваются по крайней .мере два варианта шкалы расстоянии («короткая» и «длинная») [1,21]. Хорошо известно, что наиболее надежная шкала расстояний основана на зависимости период - светимость для классических цефеид [1] и в конечном счете опирается на фотометрические расстояния до немногочисленных рассеянных звездных скоплений, содержащих цефеиды. При этом шкала расстояний рассеянных скоплений (зависящая и от результатов теории звездной эволюции) фактически базируется на расстоянии одного - двух скоплений (Гиад и Плеяд) и поэтому нуждается в независимой проверке. Эта задача может быть решена путем исследования радиусов классических цефеид при одновременном использовании данных о межзвездном поглощении и калибровки зависимости показатель цвета - эффективная температура. Следовательно, радиусы цефеид, представляющие собой один из фундаментальных параметров звезды, интересны не только с узкой точки зрения изучения цефеид, но и могут послужить ключом к решению фундаментальных проблем современной астрофизики.

При определении радиусов (зависимости период - радиус) цефеид обычно опираются на фотоэлектрические и спектральные наблюдения [2,3]. Однако, несмотря на несомненный прогресс в области накопления высокоточных наблюдательных данных по лучевым скоростям цефеид [4,5], в большинстве работ, посвященных этой теме, уделяется недостаточно внимания спектральным наблюдениям [6-8]. Между тем, количество и точность лучевых скоростей, используемых при определении радиуса цефеид, весьма существенно влияют на получаемый результат [У]. Задача выявления возникающих систематических и случайных ошибок все еще остается актуальной.

Определение зависимости период - радиус в подавляющем большинстве работ производилось по немногочисленным данным (обычно используется 15-20 звезд) и с использованием наблюдений из различных источников, между которыми возможны существенные систематические различия. Таким образом, весьма важной остается задача получения зависимости период - радиус по массовым и, что весьма существенно, однородным наблюдениям.

До настоящего времени остается открытым вопрос о реальных ошибках определения радиусов цефеид. В работах различных авторов обычно приводится ошибка используемого метода (согласование модели и наблюдений), в лучшем случае проводится исследование систематических ошибок определения радиусов, вызванных несинхронностью спектральных и фотоэлектрических наблюдений [6]. До сих пор никем не было сделано оценки влияния случайных ошибок (вызванных погрешностями наблюдений и недостаточностью покрытия кривых лучевых скоростей, блеска и показателя цвета) на определяемые радиусы.

До сих пор пс существовало метода оценки радиусов бимодальных цефеид - особого класса звезд, пульсирующих сразу в двух модах. К классу таких цефеид, включающему около 20 знезд, в частности, относится звезда V367 Set - член рассеянного скопления NGC 6649, и ее исследование представляется особенно интересным.

Кроме того, несколько цефеид - членов рассеянных скоплений (например, SZ 'Гаи, VI726 Cyg и др.) относятся к классу малоамплитудных. Определение радиусов малоамплнтудных цефеид позволяет внести ясность и в классификацию этих звезд [10]. По классификации ОКПЗ [11], к классу малоамплитудных относятся цефеиды с амплитудами изменения блеска менее 0m.5 (V). Предполагалось, что эти звезды пульсируют не в основном тоне, как большинство галактических цефеид, а в первом обертоне. Между тем, на зависимости период - радиус звезды, пульсирующие в различных модах, должны разделяться на две группы, т.к. периоды их пульсаций отличаются в 0.71 [12, 13]. Таким образом, значение радиуса может являться индикатором моды пульсации звезды. Связь проблемы радиусов цефеид с такими важнейшими проблемами астрофизики, как уточнение астрономической шкалы расстояний и классификации цефеид, подтверждает актуальность настоящей работы.

Цель настоящей работы заключается:

♦ в получении длительных рядов наблюдений лучевых скоростей цефеид для изучения формы кривой изменения лучевой скорости и для дальнейшего использования этих кривых при вычислении радиусов цефеид;

♦ в получении зависимости период - радиус для галактических цефеид;

♦ в получении кривых изменения лучевой скорости бимодальных цефеид раздельно для каждой моды пульсации;

♦ в получении зависимости период - радиус для малоамшт тудных цефеид для определения моды их пульсации;

♦ в исследования влияния случайных и систематических ошибок па определяемые значения радиусов для определения реальных ошибок зависимости период - радиус.

Научная новизна работы определяется тем, что:

1. Впервые на основе массовых и однородных фотометрических данных и наблюдений лучевых скоростей получена зависимость период - радиус для столь большого числа (62 классических цефеид, пульсирующих в основном тоне, 14 малоамплитудных и 4 бимодальных) галактических цефеид с использованием усовершенствованного метода Балона [14].

2. Впервые радиусы цефеид определялись как с использованием всей кривой блеска так и только ее нисходящей ветви, так как особенности излучения этих звезд на восходящей ветви кривой блеска (связанные с ударными волнами) затрудняют использование показателей цвета в качестве индикаторов эффективной температуры [15].

3. Впервые предложен метод оценки радиусов бимодальных цефеид, получены раздельные кривые лучевых скоростей для двух периодов пульсации и получена зависимость период - радиус дня звезд этого класса.

4. Получена зависимость период - радиус для малоамплитудных цефеид и определена мода их пульсации.

5. Произведена оценка реальных ошибок определения радиусов цефеид и показана невозможность уточнения шкалы расстояний классических цефеид по их радиусам.

Научная н практическая значимость данной работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы:

(1)ддя изучения кинематики молодого населения нашей Галактики и уточнения расстояния Солнца до центра Галактики;

(2) для определения шкалы расстояний классических цефеид независимо от шкалы расстояний рассеянных скоплений;

(3) при создании теорий пульсаций одномодных, бимодальных и малоамплитудных цефеид;

(4) при классификации малоамплитудных цефеид.

Апробация. Результаты, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на заседаниях семинара по звездной астрономии ГАИШ МГУ, были представлены в стендовом докладе Генеральной ассамблеи MAC (Киото, 1997г.).

Все основные результаты опубликованы в астрономических

изданиях.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты измерения лучевых скоростей цефеид северного неба, выполненные в 1992-1997 годах с помощью корреляционного спектрографа конструкции Токовинина [16]. Составленная при участии автора база данных по высокоточным лучевым скоростям цефеид включает около 5000 измерений.

2. Исследование систематических и случайных ошибок определения радиусов методом Балона. Важнейшие источники ошибок: несинхронность

к

наблюдении блеска и лучевых скоростей, влияние малого числа измерений и др. Реальные ошибки определения радиусов составляют не менее 15 %.

3. Вычисление радиусов 62 классических галактических цефеид по наиболее плотным рядам измерений. Построение зависимости период -радиус (Ро - период основного тона пульсаций):

\ё И = !.23(±0.03) + 0.62(±0.03) ^ Ро

4. Получены раздельные кривые лучевых скоростей для двух периодов пульсации для 5 бимодальных цефеид. Получены оценки радиусов 4 бимодальных цефеид, определена зависимость период - радиус для бимодальных цефеид:

1§11 = 1,27(±0.08) + 0.60(±0.14) 1» Ро 5. Получены радиусы и определена мода пульсации для 14 малоамплитудных цефеид. Для них получена зависимость период -радиус вида:

\е я = 1.27(±0.03) + 0.57(±0.04) ^ Ро Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации 104 страницы, в том числе 12 рисунков, 4 таблицы и 5 страниц списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается краткий обзор современного состояния исследований классических цефеид. Особое внимание обращается на то, что шкала расстояний классических цефеид выводится по цефеидам -членам рассеянных скоплений. Для определения шкалы расстояний цефеид, независимой от шкалы расстояний рассеянных скоплений, может быть использована зависимость период - радиус. Раскрывается проблема

открытия и изучения спектрально-двойных цефеид. Единственным надежным источником определения элементов их орбит являются длительные ряды наблюдений лучевых скоростей цефеид [17].

Во второй главе описывается принцип получения высокоточных лучевых соростей с использованием корреляционного спектрографа 'Гоковинипа [16]. Высокая точность измерения лучевых скоростей (около 0.5 км/с) достигается благодаря использованию в процессе измерения 1500 спектральных линий. Лучевые скорости, получаемые с помощью корреляционного спектрометра Токовинина, близки к лучевым скоростям, полученным только по линиям Ре I [18]. Далее дается описание базы данных по измерениям лучевых скоростей цефеид, полученного группой по измерению лучевых скоростей ГАИШ и ИНАСАН, в которую входит автор данной диссертации. База данных содержит более 5000 измерений для более 100 цефеид [5]. Всего за период 1992-1997 гг. автором непосредственно получено около 1000 измерений лучевых скоростей звезд. Использование новых наблюдений позволило открыть несколько новых спектрально-двойных цефеид и уточнить элементы орбит ряда известных двойных систем. Для 5 бимодальных цефеид, входящих в нашу программу наблюдений приводятся впервые вычисленные раздельные кривые лучевых скоростей для обоих периодов пульсации. Далее исследуется форма кривых лучевых скоростей цефеид, и с привлечением фотометрических данных из базы данных Л.Н.Бердникова [39] определяется величина разности фаз максимума лучевой скорости и минимума блеска.

В третьей главе дается обзор методов определения радиусов цефеид. Исследуется влияние р-фактора на значения определяемых радиусов [20]. Приводится обзор работ по определению радиусов цефеид и дается сравнение значений радиусов для общих звезд из данной работы и работ

других авторов [6-8]. Описывается методика, применяемая автором для определения радиусов цефеид. Применяемая собственная модификация метода Балона практически свободна от влияния межзвездного поглощения. Приводится характеристика используемого наблюдательного материала: высокая точность (0.5 - 1 км/с для лучевых скоростей цефеид), массовость, однородность. Далее производится оценка влияния случайных и систематических ошибок на определяемые значения радиусов. Источником систематических ошибок является несинхронность измерений блеска и лучевых скоростей, источником случайных ошибок - погрешности измерения блеска и лучевых скоростей и недостаточное количество наблюдений. Определяется зависимость период - радиус для различных комбинаций блеска и показателя цвета. При расчетах использовалась как вся кривая блеска так и только ее нисходящая ветвь, так как особенности излучения на восходящей ветви затрудняют использование показателей цвета в качестве индикаторов эффективной температуры цефеид [15]. Для получения итоговой зависимости период-радиус использовались значения радиусов цефеид, усредненные по четырем вариантам расчетов (табл. 1).

На зависимости период - радиус для малоамплитудных цефеид звезды разделились на две группы. Подобное разделение может быть объяснено различием мод пульсаций этих цефеид. Значения радиусов малоамплитудных цефеид могут служить для определения моды их пульсации (табл. 2).

Предлагается метод определения радиусов бимодальных цефеид -особого класса цефеид, которые пульсируют сразу с двумя периодами. По имеющимся наблюдениям лучевых скоростей имеется возможность дать оценку значений радиусов для 4 бимодальных цефеид (табл. 3). В таблицах

Тай ища I.

Звезда 18Ро Я СТИ звезда Ро Я ОК

ТГ Ас}1 1.1384 95 9 У386Суя 0.7207 50 13

РМ Лц1 0.7863 52 8 У402 Cyg 0.6399 41 9

КЬАч1 0.7859 47 12 У459 Су% 0.8604 50 7

У600 АЧ! 0.8596 58 ¡0 У495 Су% 0.8276 57 ¡6

У733 Лс]1 0.7908 55 12 У538 Cyg 0.7866 47 5

У916 Ля1 1.1284 98 9 У1154Су8 0.6924 40 4

ЯТАиг 0.5714 38 3 ТХБе1 0.7900 44 8

ЯХ Аиг 1.0653 77 10 \VGem 0.8983 60 14

АИ Аиг 1.0124 68 8 Я г Сет 0.7426 53 4

ВК Аиг 0.9032 65 4 ££}ет 1.0064 74 10

ЯХ Саш 0.8983 58 7 ВВ Нег 0.8755 59 8

Я У Ста 0.6700 38 7 V Ьас 0.6975 52 5

ЯБ Саз 0.7990 60 6 У Ьас 0.6358 38 7

RW Саз 1.1701 89 11 гьас 1.0368 66 8

ЯУСаз 1.0841 97 8 ЯЯЬас 0.8072 51 5

БУ Саз 0.6097 35 2 Т Моп 1.4317 133 8

SW Саз 0.7357 57 2 ЯБ Оп 0.8789 70 10

СРСаэ 0.6879 57 4 А\У Рег 0.8104 42 8

БЭ Саз 0.9918 65 12 ЗБде 0.9234 55 5

БЬ Сая 0.9031 59 6 вУ 8§е 1.7126 153 23

БМ Саэ 0.7641 51 5 иБвг 0.8289 44 6

СР Сер 1.2518 105 18 \VZSgr 1.3394 125 5

№. Сер 0.3251 47 13 ВВ 0.8219 59 И

ХСу8 1.2144 98 11 У350 8»г 0.7122 45 6

ВиСу§ 0.5850 39 3 1Ш Бс! 1.2944 105 17

УХСу2 1.3039 101 19 СЯ Бег 0.7243 46 7

угсу§ 0.6870 50 3 БТ Таи 0.6058 47 11

СВСуё 1.2323 99 12 8 Уи1 1.8325 266 46

вгсун 1.0061 69 20 и Уи1 0.9025 57 11

MW Cyg 0.7748 51 4 X Уи1 0.8006 49 9

У383 Су? 0.6639 39 3 БУ Уи1 1.6534 161 27

Я. и он - соответственно радиус цефеиды и его ошибка, выраженные в солнечных радиусах.

Сводная диаграмма период-радиус для одномодных, бимодальных и малоамплитудных цефеид представлена на рис. 1.

В заключении кратко резюмированы основные результаты и ньшоды, полученные в диссертации.

Таблица 2.

Звезда lgP R ok mode звезда lgP R ctr mode

FN Aql 0.9768 80 12 Pi EU Tau 0.3227 35 5 Pi

VI162 Aql 0.7305 60 14 pi SZ Tau 0.4982 43 6 Pi

BY Cas 0.5080 40 10 Pi EV Set 0.4901 46 14 Pi

SUCas 0.2899 33 8 Pi FF Aql 0.6503 34 7 pO

V379 Cas 0.6340 70 10 Pi V636 Cas 0.9231 46 5 pO

V1726Cyg 0.6271 55 5 Pi V532 Cyg 0.5163 31 8 pO

X Lac 0.7360 61 7 Pi YOph 1.2335 71 10 Po

Таблица 3.

Звезда Po R cr звезда Po R or

EW Set 5.8233 54 14 TU Cas 2.1393 28 3

BQ Ser 4.2756 45 19 CO Aur 2.5113 35 10

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях:

1. Горыня Н.А., Самусь Н.Н., Бердников Л.Н., Расторгуев А.С., Сачков М.Е. // Orbital parameters of six spectroscopic binary cepheids. Inform. Bull. Var. Stars. 1995. №4199.

2. Горыня H.A., Самусь H.H., Расторгуев А.С., Сачков М.Е. I/ Каталог лучевых скоростей цефеид, измеренных с корреляционным спектрометром в 1992-1995 гг. Письма в Астрон. журн. 19966. Т. 22. С. 198.

3. Сачков М.Е. // Radial velocity curves and first calculations of the radii for fourdoubic-modecepheids. Inform. Bull. Var. Stars. 1997a. №4484.

4. Сачков М.Е. /'Radii of low-amplitude ccpheids and their pulsation mode. Inform. Bull. Var. Stars. 19976. №4522.

5. Сачков M.E., Расторгуев А.С., Ссшусъ //.//., Горыня Я.А. // Радиусы 62 классических цефеид. Письма в асгрон. жури. 1998. №6 .

Личный вклад. В работах с соавторами мне принадлежит равная доля участия в постановке задач, получении и обработке данных, интерпретации результатов, а также проведение основной массы расчетов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. БердниковЛ.Н., Возякова О.В., Дамбис А.К. // Письма в Астрон. журн. 1996. Т. 22. С. 936.

2. Бааде (Baade W.) // Astr. Nachr. 1926. V. 228. P. 359.

3. Весселинк(Wesselink A.J)//Bull. Astr. Inst. Netherland. 1946. V. 10. P. 91.

4. Горыня H.A., Ирсмамбетова T.P., Расторгуев А.С, Самусь Н.Н. // Письма в Астрон. журн. 1992а. Т. 18. С. 777.

5. Горыня Н.А.. Самусъ Н.Н., Расторгуев А. С., Сачков М.Е. // Письма в Астрон. журн. 19966. Т. 22. С. 198.

6. Лэни, Стоби (Laney C.D., Stobie R.S.) 11MNRAS. 1995. V. 274. P. 117.

7. Рохо Ареллано и Ареллано Ферро (Rojo Arellano E., Arellano Ferro A.) // Rev. Мех. Astron. Astrof. 1994. V. 29. P. 148.

8. Ферни (Fernie J.D.) // Astrophys. J. 1984. V. 282. P. 641.

2.6

2.4

2.2

рй

1.8

1.6

1.4

п * *

0.2 0.4 0.6 0.8 I 1.2 1.4

1йР

1.6 1.8

2

Рис. 1. Сводная диаграмма период - радиус: . - одномодные цефеиды;

о - малоамплитудные цефеиды, пульсирующие в Р1; + - малоамплитудные цефеиды, пульсирующие в Ро; х - бимодальные цефеиды.

9. Сачков M.Е., Расторгуев A.C., Самусь Л.II.. Горыия H.A. // 11пс(>ма в а строп, жури. 1998. №6.

10. Ареллано Ферро (Arellano Ferro Л.)// MNRAS. 1984. V. 209. Р. 481.

11. OKI13 // Общий каталог переменных звезд, 4-е изд. 1985. М.: Наука. Т. КС. 8.

12. Алькок к др. (Alcock С., Allsman R.A., Axelrod T.S. et al.) // Astron. J. 1995. V. 109. P. 1653.

13. Аитштн C.B. //Inform. Bull. Var. Stars. 1998. №45??.

14. Балоиа (Balona L.A.) /I MNRAS. 1977. V. 178. P. 231.

15. Ефремов 10.II. II Пульсирующие звезды. M.: Наука. 1970. С. 64.

16. Токовинин A.A. //Астрон. жури. 1987. Т. 63. С. 196.

17. Горыия H.A., Расторгуев A.C., Самусь H.H. // Письма в Астрон. журн. 1996а. Т. 22. С. 38.

18. Батлер (Butler R.P.) // Astrophys. J. 1993. V. 415. P. 323.

19. Бердников Л.H. И ASP Conference Series. 1995. V. 83. P. 349.

20. Саббей и др. (Sabbey C.N., Sasselov D.D., Fieldus M.S. et al.) // Astrophys. J. 1995. V. 446. P. 250.

21. Фист и Кетчпул (Feast M.W., Catchpool R.M.) 11 MNRAS. 1997. V. 286. P. LI.