Спектроскопические исследования с высоким разрешением горячих звезд с большими пространственными скоростями тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

'"ч..- - : .. г

• ^

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

На правах рукописи

М У С А Е В ФАИК АДИЛЬ ОГЛЫ

УДК 524. 3:524. 38:520. 2/. 8

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ ГОРЯЧИХ ЗВЕЗД С БОЛЬШИМИ, ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ СКОРОСТЯМИ

Специальность 01. 03. 02.- астрофизика и радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико •»математических наук

пос. Нижний Архыз - 1992

Работа выполнена в Шемахинской астрофизической обсерватории АН Азербайджанской Республики и Специальной астрофизической обсерватории РАН

Научный руководитель: канд. фаз.- мат. наук, ведущий научный сотрудник Л.И.СНЕЖКО

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник

И.М.КОПШЮВ, ГАО РАН доктор физ.-мат. наук, профессор В. В. ЛЕЗШИ, РТУ

Ведущая организация: ГАИШ при МГУ

г.

Д 003.35.01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке CAO РАН Автореферат разослан " йЛ/иг-^ 1992.г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. физ.- мат.'наук

Защита диссертации состоится ■• иМХЛ 1992

в часов на заседании специализированного совета при Специальной астрофизической обсерватории РАН по адресу:

196140, г. Санкт-Петербург, Пулково, ЛФ САО

Е-К.Майорова

' ' . "Т' V ••

. :.< (

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ I :г.,:,п Обладая большой массой (« 20-30)М0 .высокой светимостью (»103э

СС ОТ«? и И! '1 1

—-эргцсзк), сравнительно короткой продолжительности жизни («10 лет) и высокой частотой двойственности (»50%), 0-звезды определяют многие процессы в эволюции галактик. С этой точки зрения изучение их кинематики и физики предоставляют чрезвычайный интерес в астрофизике.

При исследовании кинематики" ОВ-звезд была выделена группа объектов, отличающихся большими пространственными скоростями и галактическими высотами (Блаау,1Э61; Стоун,1979). Эти звезды были названы "убегающими", поскольку их первоначальное местонахождение было отоадествлено с молодыми звездными скоплениями (Блаау,1961). Для объяснения кинематических характеристик этих звезд Блаау (1961) предложил гипотезу взрыЕЭ сверхновой в двойной системе, после которого система разрушается и компоненты с большими пространственными скоростями (в несколько десятков и более км/сек) покидают места рождения (скопления и ассоциации).

Первой проверкой данной гипотезы "пращ" была попытка обнаружения аномалий в химсоставе этих звезд, вызванных взрывом сверхновой, не давшая положительного ответа (Витриченко,1969).

В связи с открытиями рентгеновских источников и отождествлением оптических кошонентов ряда из них с ОВ-звездами еновь начались активные исследования "убегающих" ОВ-звезд. Этому сопутствовало то, что разрабатываемые представления об эволюции массивных тесных двойных систем связали природу "убегающие" ОВ-звезд с несимметричным взрывом сЕзрхновой в двойной системе (ван ден Хевел,1976: Ма-севич и др.,1976). После взрыва система остается гравитационно связанной, так как взрывается менее массивный компонент.

Выявление возможной двойственности этих звезд было предпринято

прямым путем измерешя лучевых скоростей оптических звезд, поскольку повторная попытка выявить следа взрыва сверхновой, т.е. аномалий химсостава в спектре главной звезды, не дала положительного результата (Стоун,1981). Еще Шкловский(1976) указал на трудность спектроскопического обнаружения двойственности таких систем из-за относительно малой массы вторичного компонента и, следовательно, малой амплитуды изменения лучевой скорости главного компонента.

Исследуя лучевые скорости 10-ти "убегающих" 0-звезд, Стоун (1982) пршел к выводу, что лучевая скорость у 4-х из них вероятно переменная, а у 3-х — возможно переменная. При этом, если переменность лучевых скоростей происходит из-за орбитального движения, то одна звезда может иметь спутником черную дыру, а 3 звезды — компактного спутника с массой ЫЯ.2М0. 'Стоуном был сделан вывод о том, что приблизительно (40-70)% "убегающих" 0-звезд могут быть спектроскопически двойными с длинными' периодами (Р^160а) и малыми амплитудами лучевой скорости (К^8км/сек). Наблюденное значение рентгеновского излучения от "убегающих" 0-звезд соответствовало этому выводу (Кумар и др,1983).

В обзорной спектроскопической работе Асланова и др.(1984) были заподозрены периодические изменения лучевых скоростей для 4-х "убегающих" ОВ-звезд, интерпретированные как следствие их двойственности.

Наконец, Гиес и Болтон(1Э86), исследуя лучевые скорости 36-ти "убегающих" ОВ-звезд, не нашли систем с компактным компонентом. Найденная короткопериодическая переменность лучевых скоростей у нескольких "убегающих" ОВ-звезд была ими отождествлена с физической переменностью: одна звезда оказалась типа рсер, а для других переменность чг была связана с нерадиальными пульсациями атмосфер.

Итогом этих многолетних работ, которые носили обзорно-поисковый характер, оказалась то, что ни для одного объекта не было получено положительного ответа на вопрос "обладают ли "убегающие" 0В-звезды компактными спутниками?". К тому же результаты исследований одного и того же объекта во многих случаях носили противоречащий характер.

Главной причиной этого был крайне неоднородный инструментальный подход при решении проблемы возможной двойственности "убегающих" ОВ-звезд.Для решения проблемы переменности лучевых скоростей были использованы телескопы с диаметром от 0.6-м до 1.88-м (кроме настоящей работы) в сочетании с подвесными спектрографами, которые отличаются позиционной нестабильностью. Обратная линейная дис-

о о

Персия на спектрограммах менялась от 44 А/мм до 12 А/мм. Сочетаясь с характерными особенностями спектров ОВ-звезд (малочисленность точно измеряемых линий, большие значения ^ят /, блендирования линий и т.д.), все это и приводило к противоречивым результатам. Второй причиной явилось пренебрежение эффектами нестабильности атмосфер ОВ-звезд на уровне ожидаемых эффектов двойственности. Дело в том, что если "убегающие" ОВ-звезды имеют компактные компоненты, то ожидаемое изменение лучевой скорости составляет ^ЗОкм/сек (Шкловский,1976; ван ден Хевел,1976). Это значение меньше в («1.5 раза, чем у массивных двойных рентгеновских источников (Стелла и др.,1986), но совпадает со значением нерегулярного изменения лучевой скорости для всей совокупности ОВ-звезд (Андер-хилл,1966). Последное обстоятельство, в свою очередь, является весьма принципиальным с точки зрения происхождения "убегающих" ОВ-звезд и установления природы изменения их лучевой скорости.

К началу 80-х годов выявленная переменность блеска, цвета и поляризации излучение ОВ-звезд нуждалась в детальном изучении на

примере отдельных звезд для выяснения их природы. Многочисленными измерений® v "убегающих" ОВ-ЗЕезд был подтвержден только тот факт, что амплитуда изменений vr меньше 30 км/сек. Сам характер и, наконец, природа этих изменений оставались неясными. От решения этой задачи зависели многие ключевые проблемы понимания эеолбщы как одиночных, так и двойных 0-звезд.

Учитывая опыт спектральных исследований, накопленный в совместных работах CAO и ШАО при исследований структуры и нестабильности атмосфер горячих сверхгигантов, нами была поставлена задача поиска периодической составляющей в переменности лучевых скоростей у избранных сверхгигантов, имеющих характеристики "бегунов" по результатам обзорных работ. Включение этого направления в ведущиеся исследования горячих массивных звезд было обусловлено и гем, что обнаружение двойственности с релятивистским компонентом открывает возможность оценки параметров предсЕерхновой и последствий взрыва сверхновой в системе.

Выбор объектов (их число и яркость) и постановка наблюдательной программы определялись необходимостью: а) накопления обширного спектрального материала высокого разрешения и на разных временных интервалах: б) исследования широкого класса звезд по различным параметрам.- в) привлечения для обсуждения не только v , но и других характеристик - блеск, цвет, поляризация и т.д. - по литературным данным. Таким образом, в программу включались только достаточно исследованные объекты, а успешное решение поставленной задачи требовало применения более совершенного, чем в обзорных работах, методического и инструментального подхода.

По вышеизложенным соображениям для исследования были выбраны следующие объекты:

а) ее с:уg sp07.5v. Горячий карлик, был включен в списки

"бегунов" по пространственно-кинематическим характеристикам, связи с кольцевой туманностью, по обнарукенной переменности v^ и блеска (Блаау,1961; Лозинская и Лютый,1981: Адцусева и др.,1982). Яркость звезда и типичность спектра карлика позволили отработать на нем точностные характеристики инструментальной системы наряду с решением научной задачи.

0) a Cain Sp09.5Ia И HD 188209 Sp09.5Xab. ОТНеСвНЫ К "бегуНЯМ" по пространственно-кинематическим характеристикам и возможной переменности vr (Блаау,1361; Стоун,1982). Представляло интерес исследование возможной двойственности и различия проявлений атмосферной нестабильности двух сверхгигантов.

в) hd 12323 SpON9V. Горячий карик с азотной аномалией, отнесен к "бегунам" по пространственной характеристике. Данные о v , полученные при различных методических подходах, противоречивы и приводят к отличающимися заключениям о природе звезда (Болтон и Роджерс, 1978).

В целом звезды программы являются типичными представителями населения верхней левой части диаграммы Гершпрунга-Рессела.

Целью настоящей работы'является исследование указанных звезд на более высоком инструментальном и методическом уровне. Результаты предыдущих работ по поиску периодической переменности лучевых скоростей были для них противоречивы, либо не подтверждена, тогда как заключение 66 обнаружении релятивистского спутника имеет далеко идущие следствия. При выполнении наших исследований мы пытались подчеркнуть всю слошость проблемы изучения изменений с малой амплитудой у ОВ-звезд, обусловленную как природой этих нестационарных объектов, так и методическими проблемами исследования бедных линиями эмиссионно-абссрСционных спектров. Задачей работы являлось обоснование методических и инструментальных подходов в

подобных исседованиях в будущем.

Научная новизна работы сеодитоя к следующему:

1. Исследование "убегающих" 0-звезд с помощью однородных высо-

о

ко дисперсионных ( d= 8 ; 9 А/мм ) спектрогра?я,1, полученных на позиционном спектрографе.

2. Определены позиционно-точностные характеристики инструментальной системы 2-м телескоп+кудэ-спектрограф (2-я камера)+осцил-лоскопический компаратор.

3. Разработана и изготовлена оригинальная оптическая приставка сканирования для осциллоскопического компаратора.

4. Уточнены пределы и характер переменности лучевых скоростей исследованных "убегающих" 0-звезд, явящихся типичными представителями Еерхней левой части диаграммы Г-Р.

5. Проведены расчеты и предложен вариант использования ашелль-ной решетки в штатном кудз-спектрографе 2-м телескопа ШАО.

На защиту выносятся:

1. Результаты спектроскопических исследований 4-х "убегающих" 0-звезд по высокодисперсионным спектрограммам полученных на позиционных спектрографах 2-м и 6-м телескопов (каталоги лучевых скоростей, их временной анализ, интерпретация в рамках нестационарности атмосфер и возможной двойственности).

2. Результаты исследования позиционно-точностных характеристик инструментальной систеш 2-м телесксп+кудэ-спектрограф (2-я камера )+осциллоскопический компаратор и осциллоскопический компаратор 11IA0 с оригинальной оптической приставкой.

3. Вывод о существовании короткспериодическсй физической переменности у звезд a cam, hi> гавйоя и 68 ova, несовместимой с гипотезой их возможной двойственности и подтверждение двойственности звезды HD 12323.

4. Расчеты варианта использования эшелле решетки в штатном ку+-дэ-спектрографе 2-м телескопа как развитие инструментальной систе1-мы при исследовании 0-звезд в будущем.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались ,и обсуждались на семинарах Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, Шемахинской астрофизической обсерватории АН Азербайджанской Республики, АСастумансксЛ астрофизической обсерватории АН Грузинской Республики, на конференции рабочей группы "Физика звездных атмосфер" в CAO аН СССР (ишь ,1385), на совещании Подкомиссии n:5 "Двойные звезда" многостороннего сотрудничества АН социалистических стран по проблеме "Физика и эволюция звезд" в ГАО АН СССР (сентябрь,1986), на отраслевом семинаре "Дифракционная оптика. Новые разработки в технологии л применении", г. Казань (май,1991).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 статьях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Общий объем диссертации-85 страниц текста, рисунок, 19 таблиц, библиография содержит 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении дано обоснование актуальное л; работы, сформулирована цель, приведены результаты, выносимые на заэдту. Кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе описана и обоснована методика получения и обработки высокодисперсионных спектрограмм О-гвезд. Исследованы поэи-ционно-точностные характеристики инструмвитя/ыюЯ системы 2-м теле скоя+кудэ-спектрограф (3-я камера )+Г'Оццллоскопический кошара-тор, основным параметром которой является систематическая ошибка

инструментальной системы ст(инстр.). Она оказалась для указанной инструментальной системы о(инстр.) = ±0.9 км/сек. Сделан расчет новых дифракционных решеток для кудэ-спектрографа 2-м телескопа, которые уже получены. Описан изготовленный осциллоскопический компаратор ШАО о оригинальной оптической приставкой.

Во второй главе приведены результаты спектроскопических исследований "убегающих" о-звезд 68 Сур и но 12323, которые являются представителями главной последовательности.

Исследования звезды ea cyg показали, что возможная амплитуда переменности лучевых скоростей этой звезды не превышает 10 км/сек. Это значительнее ниже определений, приведенных в ранних работах. Сделан вывод о том, что бв cyg, являясь "убегающей" звездой, недавно приблизилась к туманности sh 119. Исследования звезды 68 eye во многом определили дальнейшую методику инструментальных решений позиционной спектроскопии О-звезд.

Для звезды HD 12323 подтверждена периодическая переменность лучевых скоростей и уточнены элементы орбиты. Сделан вывод, что спутником этой звезды, по всей вероятности, может быть реятивист-ский спутник.

В третьей главе приведены результаты исследования лучевых скоростей "убегающих" О-сверхгигантов hd iaa209 и а Саш.

По весьма однородному и длинному ряду спектрограмм измерены лучевые скорости звезды hd isasoa. С помощью двухфакторного дисперсионного анализа лучевых скоростей этой звезды показано, что она обладает нестационарной атмосферой. Эффекты нэстационарности атмосферы находятся на уровне эффектов возможной 'Двойственности, что затрудняет выявление эффектов орбитального движения.

Для звезды a cam подтверждена переменность лучевых скоростей к уточнен диапазон их изменения. Переменность профилей линий, осо-

Сенно линии На, указывает на существенную переменность звездного ветра с временной шкалой в сутки. Как и в случае звезды ни 188209, эффекты нестационарности атмосферы a cam сравнимы с эффектами ее возможной двойственности.

В четвертой глава приведены результаты временного анализа как данных настоящей работы, так и литературных, для звезд нг> 168209, a caw и ea Cyg. Показано, что эти звезды обладают короткопериоди-ческой физической переменностью, несовместимой с гипотезой двойственности этих объектов.

Сделан вывод о том, что традиционная фотографическая спектроскопия уже не может обеспечить дальнейший прогресс спектроскопического исследования как "убегающих", так и 0-звезд в целом, требующий высокого спектрального разрешения и большего отношения сигнал/шум на широком спектральном диапазоне. Проведены расчеты и предложен вариант применения эшелльных решеток в щдэ-спектрографэ 2-м телескопа ШАО как развитие инструментального реиения в спектроскопии 0-звезд в целом.

'В Заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертации, а также сформулированы новые задачи в данной области.

Основные содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Зейналов С.К., Мусаев Ф.А. и Ченцов Е.Л..Атмосфера сверхгиганта a cam.I. О профиле На.// Астрофиз. исслед. (Известия ОАО), 1985, т.21, стр.3-7.

2. Зейналов O.K. и Мусаев Ф.А..0 спектральной двойственности "убегающей" звезды а Штрафа.// Письма в Астрсн.журн., 19d6,

т.12, стр.304-310.

3. Зейналов С.к., Мусаев Ф.А. и Ченцов Е.Л..К вопросу о спектральной двойственности 68 Лебедя.// Письма в Астрон. зхурн.,1987,

т.13, стр.223-228.

4. Мусаев Ф.А. и Снежко Л.И..К проблеме поиска двойственности "убегающих" 0-звезд. Физическая переменность О-сверхгигантов.// Письма в Астрон. журн., 1988, т.14, стр.163-167.

5. Мусаев Ф.А. и Ченцов E.JI..K проблеме поиска двойственности "убегающих" 0-звезд. Дифференциальные сдвиги линий в спектре но 188209.// Письма в Астрон. журн., 1988, т.14, стр.530-536.

6. Мусаев Ф.А. и Ченцов E.JI..HI) 12323 - тесная двойная в дорентгенсвской стадии?// Письма в Астрон. журн., 1989, т.15, стр.833-836.

7. Мусаев Ф.А..Особенности инструментальных решений в спектроскопии горячих сверхгигантов.// Сообщ. спец. астрофиз. обсерв., 1989, вып.60, стр.90-101.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алдусева В.Я., Асланов А.А., Колотилов Е.А. и Черепащук A.M.. Спектральная переменность звезда C(f) 68 Лебедя в центре кольцевой туманности.//Письма в Астрон.журн., 1982, т.8, с.717.

2. Андерхилл Г Underbill А.В.):1966.in "The Earlv Tvpe Stars", I). Reidel Publ.Co.. Dordrecht. Hoi land.

3. Асланов А.А., Корнилова Л.Н. и Черепащук A.M..Поиск релятивистских спутников у "убегающих" звезд.//Письма в Астрон.журн., 1984, т.10, 0.666.

4. Блаау iBlaaw A.).On the origin of the О- and B-type stars with hiah velocities (the "runaway" stars), and some related problems.//Bull.Astron.Inst.Netherl.. 1961. v.15, p.265.

5. БОЛТОН И Роджерс (Bolton C.T. and Rogers G.L.KThe binary ireauencv of the OBN and OBC stars. //AatrophvB. J. .. 1978. v. 222, p.234.

6. Ван ден Хевел (van den Heuvel E.P.J. ):1Я76.in "Structure and Evolution of Close Binary Systems" . IA.U Symp.73. p. 35.

7. Витриченко Э.А..Исследование аномально быстрых звезд ранних спектральных классов.II// Изв.КрАО, 1969, т.39, с.62.

8. ГИЗС И БОЛТОН (Gies D.R. and Bo'ton С.Т.l.The binary frequency and origin of the OB runaway stars.//AHt.rophva. J. Suppl. £er. , 1936. v.61. p.413.

9. Кумар И Др.(Kumar С.К.. Kallman T.R. and Thomas R.J. >_A search for Х-гзуз from runaway stars.// Astrophys-J., 1983. v.272.

P.219.

10. Лозинская Т.А. и Лютый В.M..Кольцевые туманности вокруг звезд 0(f) - новый тип эмиссионных туманностей.// Астрон.циркуляр, 1981, n:II96.

11. Масевич А.Г., Тутуков А.В. И Юнгельсон Л.P..Evolution of

massive close binaries and formation of neutron starn and black holes.//Astrophys. and Space Sci.. 1976. v.40. p.315.

12. Стелла И др.(Stella L. . White N.E. and Rosner R.).Intermittent stellar wind accretion and the lone-term activity of population I binary systems containing an X-ray pulsar.// Astrophys.J.. 1986. v.308. p.669.

13. СТОУН (Stone R.C.).Kinematics, close binary evolution, and ages of the 0 stars.// Astrophys.J.. 1976. v.232, p.520.

14. СТОУН (Stone R.C.). A search for spectroscopic binaries among the runaway О type stars.// Astrophvs.J., 1982. v.261. p.208.

15. СТОУН (Stone R.C.).The velocity-mass correlation and other matters related to the bimodal velocity distribution of the 0-type stars.// Astron.J., 1981. V.B6, p.544.

16. Шкловский. И.С..0 природе "убегающих" звезд.// Письма в Астрон.журн., 1976, т.2, с.119. ,