Моделирование профилей и интенсивностей линий в спектре SN 1987А тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РГ6 од

! ' г санкт-петербургский государственный университет

На правах рукописи

АНДРОНОВА Анна Александровна

удк 524.352

моделирование профилей и интенсшюстей линий в спектре 1987а

Специальность 01.ГО.02 - астрофизика и радиоастрономия

автореферат

диссеэтэшй на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург .! те

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Университете. ч

Государственном

Научный руководитель - ^

кандидат физико-математических наук С.И.Грачев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Д'.А.Варшалович кандидат физико-математических наук М.Л.Погодин

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Институт Астрономии РАН

Защита диссертации состоится "5 " хууу г_

в /"? часов 0$ минут на заседании специализированного .совета ,д S63.5T.39 зо задате диссертаций на'соискавхе ученой степени доктора :$»зш-шшшесш щг. при Сгт-2тре?ргет государспензся >,:вере;:тете во адресу: ' 195031, г.Санкт-Петербург, Унгверснтетсгзг наб., .л. 7/5, 'ге'шшскаг уасушет, ад. 88. "

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбУ. Автореферат разослан " б " /■{1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. физико-математических наук

Тс

"ЯЗ. Петровская

общая характеристика работы

Актуальность темы. Моделирований спектров и кривых блеска сверхновых звезд (БЫ) является важным средством изучения их природа. Единственный способ получения количественных оценок параметров, определяющих физические условия в оболочках БМ, заключается в сравнении теоретических и наблюдаемых спектров и кривых Олеска. Анализ профилей спектральных линия позволяет оценить электронные температуры и концентрации в оболочках БЯ, получить информацию об их химическом составе, сделать выводы о распределении вещества вдоль радиуса, Только в результате подобного анализа можно определить кинематические параметры расширяющейся оболочки

В настоящее время в области моделирования спектров БИ преобладает направление, связанное с построением всеобъемлющих синтетических спектров с одновременным учетом большого числа линий и континуумов атомов и ионов различных химических элементов. Такие расчеты безусловно важны, потому что они подтверждают принципиальную правильность моделей, построенных на основе гидродинамических расчетов. И хотя, действительно, в целом такие всеобъемлющие синтетические спектры согласуются с наблюдениями, однако, детальное сравнение теоретических и наблюденных профилей отдельных линия показывает, что между ниш имеются существенные различия. Для выяснения природа этих различий представляются важными также детальные совместные расчеты профилей нескольких линий в рамках простых (но реалистичных) моделей, которые (в результате сравнения с

наблюдениями) позволяют обнаружить ряд физических процессов и явлений, не учитываемых в исходной гидродинамической'модели.

Цэлио работы является построение теоретических профилей ЛИШИ На, [О IJ; ЯЛ 6300 , 6364, [Са Ш АА 7291,7363 и Са II АА 8498, 8542, 8662, доминирующих в спектре SN 1987А, и сравнение их с наблюдениями. В результате этого сравнения оцениваются такие физические параметры оболочки, как электронная температура и концентрация, а также , распределения водорода, кальция и кислорода.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) В настоящей работе существенно аккуратнее, чем во всех других работах, посвященных моделированию профилей линий в спектрах SN, учтены нетепловая ионизация и возбуждение водорода.

2) При расчета профилей линия иона Са II рассматривается его ионизация из возбужденного состояния La- излучением и учитывается эффект нелокального радизтивного взаимодействия ' между компонентами мультиплэтов, который играет 'очень 'важную роль, особенно при моделировании ЯК-триплета Са II АА 8498, 8542, 8662. Подобные расчеты для Са II в приложении к спектрам iiN II ранее не проводились.

Несмотря на ряд упрощающих предположений, сделанных при расчете профилей линий, рассматриваемая модель.атм->ефрры в целом правильно отражает основные физические процессы, протекающие в оболочках SN II. При этом появляется возможность подробно исследовать влияние каждого из пзраметроь на профили рассматриваемых линия.

Автор выносит на защиту. 1) Исследование зависимости профилей линий Са II 'АА Ы98, й542.

8662 и [Са II) XX 7291,7363 от электронной концентрации и температуры, а также от распределения концентрации кальция в ободочке SN.

2) Вывод о наличии стратификации химического состава оболочки SN 1987А.

3) Вывод о клочковатости распределения кислорода в оболочке SN 1987А.

4) Оценки электронной концантрации, температуры и концентрации кальция в оболочке SN 1987А.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации были доложены на семинаре кафедры астрофизики СШУ, семинаре .астрофизического отдела ГАО РАН, на международном совещании "Сверхновые-92". Основные результаты диссертации опубликованы в 4 научных работах, перечень которых приведен в конце автореферата. # Структура и об!ш работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы ( 79 наименования). Объем диссертации 88 е., в том числе 22 рис. и 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируются основные цели и задачи диссертации, кратко описывается ее содержание. Указаны основные отличия предлагаемого метода вычисления теоретических профилэя спектральных лиши от применявшихся ранее.

В пэрвоя главе сделан обзор литературы, посвященной моделированию спектров SN II.

Во второй главе описывается математический аппарат, при

помощи которого проводились, -вычисления теоретических профилей. Рассматривались сферически-симметричные, изотропно-расширяющееся изотермические модели ободочки.

Средняя интенсивность излучения в линии рассчитывалась в приближении Соболева. Однако, при этом учитывался аффект нелокального радиативного взаимодействия между компонентами мультиплетов. Этот эффект заключается в том, что вклад в. среднюю интенсивность излучения в данной линии в данном месте дает не только локальная его окрестность (как это считается в классическом приближении Соболева), но и области вблизи некоторых "резонансных" поверхностей, излучающих в более коротковолновых компонентах мультиплвта, смещенных из-за эффекта .Доллара на частоту центра рассматриваемой линии.

Уравнения стационарности решались для атомов л и Са*, причем для атома водорода рассматривалось 8 нижних уровней, а для иона Са+ 5 уровней. При решении уравнений стационарности .учитывалась ионизация атомов и ионов за счет энергии радиоактивного распада, а также Ьа и двухфотонным излучением водорода.

В этой же главе приводятся результаты расчетов теоретических профилей линий Са II ЛЛ 8498 , 8542 , 8662 и [Се II] ЛЛ 7291, 7363 и рассматривается их зависимость от п0, 1'е, а также от распределения концентрации кальиия пСа<г) в оболочке. Показано, что необходимо заранее знать хотя бы одну из трех этих .характеристик для того, чтобы из сравнения теоретических и наблюдаемых профилей линий Са II однозначно определить две остальных. Если же ни одну из этих характеристик нельзя оценить достаточно точно из анализа линий других элементов иипримор, в том случае, если оболочка БИ имеет стратифицированный химический

состав), то можно попытаться найти границы, в пределах которых заключены эти характеристики.

Третья глава посвящена сравнению теоретических профилей линий На, СО I] ЛА 6300, 6364, [Са II] АЛ 7291,7363 и Са II АА. 8498 , 8542 , 8662 с наблюденными в спектра Б!{ 1987А на поздней стадии эволюции (200-500 суток). Показано, что если водород и кальции находятся в одной и той же области оболочки БЛ 1987Л. то ионизация Са+ излучением водорода в линии Ьа окзгквэотся настолько высокой, что практически весь кальций находится в дважды ионизованном состоянии, и тогда да удается получать согласия между теоретическими и наблюденными профилями линий [Са II] АЛ 7291,7363 и Са II АЛ 8498 , 8542 , 8662 НИ при каких значениях параметров. Это заставляет предположить наличие стратификации химического состава в оболочке. Из эволюционных моделей предсверхновых следует, что перед коллапсом ядра водород располагается во внешней области звезда, тогда как более тяжелые элементы - во внутренней. Вероятно, такая структура сохранилась и после вспышки. Это предположение подтверждают и выполненные нами расчеты профилей линии На: наидучшее соответствие между теоретическими и наблюденными профилями получается, если . предположить, что водород находится главным образом в области со • скоростями расширения у > 1.0-108 см/о. Моделирование профилей линий , На позволило получить электронную температуру и распределение электронной концентрации во внешней зоне БМ 1937А.

О другой стороны, хорошее согласие с наблюдениями в рамках этой модели получается также и при моделировании профилей линий [Са Ш АЛ 7291,7363 и Са II ЛА 8498 , 8542 , 8662. Отсутсвие ионизации Са* Ь. -излучением во внутренней облзсти позволяет

получить наблюденные интенсивности этих линий, тогда как сильная ионизация во внешней области объясняет наблюденное соотношение" между интенсивностями двух компонентов триплета Са II АЛ 8498, 8542, 8662. В результате расчетов получены оценки массы кальция в оболочке SN 1987А (она заключена в пределах (4 - 6)Ю~3 М0), а также электронная температура и электронная концентрация во внешней области оболочки.

Другая оценка физических условий во внутренней области оболочки SN 198ТА получается из анализа профилей запрещенного дублета [OIJ ЛЯ 6300, 6364, который на стадии 100-200 суток показывал крайне низкое отношение штоков Г(6300)/Г(б364> * ' (11.3) в сравнении с обычным небулярным'отношением 3.2. Этот факт может быть понят как результат большой огггическоя толщины в линиях [013, которая при массе кислорода Мо « 1М0 может быть достигнута лишь в том случае, если кислород заключен в сгустках. Были сделаны расчеты для профилей линий Са II В предголотении, что он также заключен в сгустках; однако оказалось, что поскольку при этом радаативное взаимодействие между компонентами триплета Са II ДА 8498 , 8542 , 8662 (которое пропорционально величине • фактора скважности) практически не играет роли, то соотношение между интенсивностью двух пиков в этом профиле не в полной мере соответствует наблюденному. Скорее всего, кальций распределен относительно равномерно, тогда как кислород находятся в сгустках. Это могло явиться следствием различных гидродинамических шустойчивостей в момент взрыва. Найденные в результате моделирования профилей линии L0 I) АА 6300,6364 значения I близки к оценкам, сделанным по профилям линии Са II, Полученное распределение кислорода также

' свидетельствует о том, что он расположен преимущественно во внутренней зоне оболочки ЗН 1987А.

В заключении перечислены основные результаты данной работы, а также обсуждаются основные предположения, которые были сделаны

1. Андронова A.A. Теоретические профили линия Call в спектрах оболочек сверхновых звезд. // Астрофизика - 1990 - т.32, вьлТ.3 -с. 415-428.

2. Андронова A.A. Определение параметров оболочки SN 1987А по профилям линия HI и Call. // Астрофизика - 1991 - т.34, вып.1 -с. 51-60.

3. Андронова A.A. Теоретические профили дублета [01) АЛ 6300 , 6364 и распределение кислорода в оболочке SN 1987А. // Письма в Астрон. журн. - 1992 - т.18, N10 - с. 887-891.

4. Андронова A.A. Теоретические профили сильных эмиссионных линий и модель оболочки SN 1987А. Вестник Санкт-Петербургского Университета -1992 - сер.1 - вып. 4 (N 22) - с.92-96.

в хода расчетов и их приемлемость в условиях SN 1987А.

Работы, опубликованные по материалам диссертации:

cnsrrV. за

1С

2 О*. Т^Р'

V-гаП р инг