Введение к работе
Актуальность проблемы. Диссертационная работа посвящена од-fl ич актуальных проблем современной астрофизики - исследованию держания химических элементов на звездах. О важности этой" проб.те-
I свидетельствует тот факт, что она тесным образом снячапа с такими
зтдаментальнымн вопросами, как происхождение химических элемен-
в, эволюция звезд и галактик. Еще три - четыре десятилетня назад
ній шпиня в этой области исследования были не столь глубоки, (на
тельный прогресс прончошел в последние 20 30 леї, благодаря по
леним высококачественного наблюдательного материала (вследствие
нмецения твердотельных приемников излучения и новых больших ге-
скопон) и широкому распространению вычисли іе.тьной техники и со-
>шенных вычислительных методой. К настоящему времени идет про
се получения обширной информации о физических параметрах и хн-
ческом составе большого числа звезд, качественно отличающейся от
II иіісрормации. которую удавалось получать ранее. При этом были
:нестненно .уточнены или ііересмот]нчш представления о химическом
тане некоторых типов ничд.
Выполненная работа посвящена речульгатам наблюдательного пестования атмосфер "металлических"1 (Ага-) чвечд - одной ич трупп мнчегки-некулярных (СР-) чвечд верхней части главной носледова-тьности. Общим свойством СР-чвсчд является то, что в их спектрах :>мально либо усилены, либо ослаблены линии атомов и ионов мно-< химических элементов. В то же время основные индикаторы фи-іеских условий в- атмосферах СР-звечд соответствуют нормальным злам ііікнх же спектральных классов. Это обсгояіельсгио привело ому. что стали возможными оценки химическою состава СР-чвечд с юльэованием хорошо известных методов, разработанных для иссле-аання атмосфер нормальных чвечд. Вследствие rait), что иніервал фективных температ>4>. занимаемый СР-эвеэдами. достаточно велик т 7000 К до 20000 К их спектры значительно различаются по виду и интенсивности присутствующих в спектрах линий. Однако раздел е-? СР-звезд на группы принято проводить не но виду спектра, который жет определяться температурой звезды, а по физическим свойствам ю особенностям химического состава их атмосфер.
"Металлические" (Am-звезды, СІЧ - но классификации Престол 1974) звезды принято относить к нерпой группе химически-пекулярнь звезд верхней части главной последовательности.
Вторую группу составляют более горячие и массивные ртутно-марп цевые звезды (MnHg-зпехты. СРЗ). Для их спектра характерно бол ми число линий Мп II, в нем часто присутствует линия, отождествляема* линией Hg II А 398-1 .4. Эти звезды располагаются а области спектрал ных классов АО - В8, соответствующей зф()>ектинным температурам 10000 К до 14000 К.
Третья более обширная группа во многом отличается от первых дн по свойствам и включает и себя магнитные звезды (Ар-звезды. СР; 'Эти ішчш іи*Г]М'Чаю'іся практически во всем интервале спекіральш классов си F0 до ВО. Наиболее характерными для химического сосі ва атмосфер этих звезд являются большие избытки содержаний Si. ( Sr. Ей, а также ряда {м'дкоземсльных злементов. К числу обіценр знанных свойств Ар-звезд следует о гнести изменения интенсивное!' и щюфнлей линий в их спектрах с периодами порядка нескольких с ток (а также недавно открытыми более короткими периодами от 4 до минут группа холодных пульсирующих гоАр-знезд). периодические г менення блеска и пвега Ар-звезд, присутствие на поверхности Ар-зве магнитных нолей, достигающих десятков тысяч Гаусс.
Четвертая гру una химически-пекулярных звезд включает- в себя зве лы с аиомальньш содержанием гелия (Не weak звезды. СР4). Час-звезд этой группы тесным образом связана с- СРЗ-звездами, они имеют своих спектрах сильные линии Р II, Ga II и Y II. другая часть СР4-зве-возможно, близка по свойствам к СР2-звездам с сильными линиями Si и имеющими на поверхности магнитные ноля. СР4-звезды относятся числу горячих химически-пекулярных звезд, их эффективные темпер туры составляют от 13000 К до 18000 К.
Наконец, завершая обзор основных групп химически-пекулярных зв верхней чагдц главной последовательности, следует упомянуть груп: звезд с дефицитом металлов - звезды тина А Boo, звезды типа t> D звезды ранних спектральных классов В с повышенным содержанием і лия. Основные своцс-га химически-пекулярных звезд перечисленных в
не типов можно найти в публикациях совещаний и коллоквиумов МАС, ключая "Physics of Ар-stars", Вена, 1975 год, "Upper Main Sequence Itars with Anomalous Abundances", Крым, 1986 год, "Peculiarversus vormal Phenomena tu A-Type ami Related Stars". Триест, 1993 год, "Model Uinospheres and Spectrum Synthesis", Вена, 1995 год и др.
Согласно классическому определению, "металлические" чвсчды являлся объектами, в спектрах коюрых наблюдается более слабая К линия ^а II. чем ожидается по металлическим линиям (Тнгус и Морган. 1940). іонти (1970) уточнил определение группы Аш-чвечд: "Явление "мегал-інчнопи" присутствует в чвечдах с относительным недостатком каль-шя (и/или скандия) и/или относительным нчбытком элементов группы келеча и тяжелее".
Кратко перечистим основные свойства, присущие Ат-чвечдам.
-
Ат-чвечды встречаются среди чвечд с чффективными температу->ами от 7200 К-До'10200 К.
-
Средняя проекция скорости вращения для Аій-чвечд много ниже, іем для нормальных чвечд спектрального класса А. Согласно исследо-іаиик> Буркхарт (1979). ветчина средней проекции скорости вращения ветлы на луч зрения равна 33 км/с для Am-чвечд и 141 км/с для нор-іальнмх.А чвечд.
3. Двойственность широко распространена среди Am-чпечд (Абт,
9G1).
-
На поверхности Аш-чвечд, согласно поляриметрическим нчмерени-iM Борра и Лаидстрнта (1980). должны отсутствовать магнитные ноля.
-
Her оснований считать, что яатение мета, (личности свячано с чво-пошюнным статусом Аш-чвечд. Согласно данным о 49 Am-чпечдах в 14 ткрытых скоплениях (Абт, 1979") "металлические" чвечды встречаются
очень молодых скоплениях, имеющих вочраст t < 10*' лет. Частота стречаемости Ат-чвечл- в скоплениях не зависит от воціаста скопле-;ий. Доля Am-чвечд среди чвечд скоплений и п>еди чвечд ноля примерно дииакова.
6. Отсутствует фотометрическая переменность Am-чвечд в рачлнч-
[ых фотометрических системах.
7. Отсутствуют указания на неоднородное распределение элемент»
по поверхности у Аш-звезд.
8. Аномальные интенсивности линий в спектрах Am-звезд соотве
ствуют реальным аномалиям содержаний в атмосферах этих звезд.
Перечисленные выше свойства указывали, что при изучении атм сфер "металлических" звезд нет необходимости учитывать наличі сильных магнитных полей, значительной "пятнистости", поверхности переменности спектров и'блеска. Процесс -исследования при этом сущ пгвенно упрощается, и для анализа Am-звезд вполне может быть ир менец традиционный метод Моделей атмосфер.
Целью работы является, анализ физических условий и химическ .141'состава ^металлических", звезд, основанный на однородном наблюд; тельном материале,-'полученном диссертантом.' и выполненный методо моделей атмосфер. Основу работы составляют высокодиснерсионнь спектральные наблюдения, полученные автором'первоначально на фі «графических пластинках, а с 1985 года с применением ПЗС-каме] В программу наблюдений было включено свыше 40 звезд спектральної класса А, в том числе звезды поля и принадлежащие скоплениям, а тал же спсктрофотомеТричеекий стандарт а 1лг. В ряде случаев для аналі за привлекались результаты измерений эквивалентных ширші линий спектрах Am-звезд, опубликованные в литературе. Общий объем наблн дательного материала, используемого"в диссертационной работе, соек вляет около GO фотографических спектрограмм для 8 звезд и более 5(1 ПЗС-спектрограмм для четырех десятков "металлических" звезд. Оди из важных этапов исследования состоя.! в тщателыкш выборе ішрамс тров моделей атмосфер исследуемых звезд. Большое внимание был уделено точности определения содержаний элементов. Автором работі проведен тщательный отбор и редукция величин сил осцилляторов. Нг личие однородных данных о химическом составе атмосфер Am-звезд пс зво.тяет установить особенности аномалий содержаний элементов, при сушне :*'і'ой группе звезд, и провести сопоставление с предсказаниям гипотез, объясняющих эти аномалии.
Новизна полученных результатов выражается в следующем:
1. Получены новые спектральные наблюдательные данные для 4
металлических" чвечд и чвечд спектрального класса А.
-
Методом гинготических спектров с исно.ть чонанием моделей атмо-)>ср выполнен аналнч химического состава четырех десятков чвечд с «личиной проекции скорости крашения на .туч трения от 8 до 110 км/с.
-
Выполнено однородное определение содержаний легких -элемент» П. N и О) в атмосферах 2 3 десятков "металлических" звезд и чвечд іектральпого класса А.
4. На основе однородного'; наблюдательного материала и рсчу.тьта-
)В однородного аннлнча химического состава исследуемых чвечд про
йдено нчучоннс закономерностей в аномалиях содержаний -элементов,
танов, теппе корреляций мг'жду содержаниями-элементов, log f(E/) и
ежду loj>'.-(7| и основными параметрами атмосфер чвечд (температу
рі. СВОИ1МОСТЫО. вращением, массой и др.). Проведено сопоставление
мученных речулыатв с предсказаниями теории диффучин.
j. Проведено моделирование исследования химическою состава чвеч-ы'с пятном на поверхности И сопоставление с рочулыагами аналнча ) методике, не учитывающий фактор пяпшетости. Один нч важных 'чулыатов моделирования состоит в том. что для описания наблюда-лых особенностей аномалий содержаний члементон в атмосферах Ат-іе чд одних лишь температурных неоднородное гей поверхности чвечды ;ачывается недостаточно.-
G. Выполнено исследование содержаний члементон в атмосферах імически-иекудярньїх звезд н нормальных чвечд спектрального класса . принадлежащих звездным скоплениям Плеяды и.Волосы Вероники.
7. Методом Стенфло - Лиидегрена проведена диагностика наличия
агнитного поля сложной структуры на поверхности классической "ме-
итлнческой" звезды 15 Vul. Обнаружение существования магнитных
)лей на поверхности ряда "металлических" звечд требует углубленио-
I исследования традиционного деления химически-пекулярных чвезд
рхней части Главной Последовательности на "магнитные" и "немаг-
ттные".
8. Проведено исследование стратификации содержания хрома в атмо-
(х>рах ряда химически-пекулярных (Ага- и Ар-) чвечд. Для всех иссле-
дованных Am-звезд заподозрено одинаковое увеличение концентраци Сг в верхних слоях; для Ар-звезды о2 CVn признаков заметной стре тификации Сг не-обнаружено, а для ряда Ар-звезд найдено увеличени содержания Сг с глубиной.
Научно - практическая ценность настоящей работы заключает ся в исследовании атмосфер "металлических" звезд методом моделе, атмосфер, который позволил получить данные об эффективных тем иературах, ускорениях силы тяжести, микротурбулентных скоростя> а также химическом составе атмосфер изучаемых звезд. Получении данные о параметрах атмосфер Аш-звезд и их химическом составе бу дут использованы другими исследователями при сопоставлении с ре зультатами исследований звезд других типов химической пекулярно пи. Накоплен обширный спектральный наблюдательный материал ( том числе ПЗС-спектрограммы с высоким отношением сигнала к шуму) который может быть в дальнейшем - использован другими исследовате ля.мл. Методики, разработанные для проведения анализа корреляции! между содержаниями элементов в атмосферах "металических" звезд і между величинами log , и основными параметрами этих звезд, могу быть использованы при исследовании звезд других типов химическоі популярности. Результаты анализа стратификации содержания хром; в атмосферах Am-звезд позволяют провести сравнение с аналогичным! результатами исследований для Ар-звезд.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Результаты определения параметров атмосфер и химического со става атмосфер 45 Аш-звезд и их интерпретация: выводы о характерны: особенностях химического состава атмосфер исследуемых звезд.
-
Результаты определений содержаний ряда элементов в атмосфера: "металлических" и нормальных звезд с величинами проекции скоросл вращения на луч зрения v sin і от 8 до 130 км/с, выполненные методої син гегических спектров на основе новых спектральных наблюдений ПЗС-камерой. Найдено, что исследуемые звезды имеют аномалии со держаний элементов, характерные для "металлических" звезд. Сдела: вывод о том, что аномалии содержаний элементов могут встречаться ; звезд с достаточно быстрым вращением (до 130 км/с).
-
Результаты определения параметров атмосфер и анализа химического состава атмосфер десяти звезд спектрального класса А скопления Волосы Вероники и грех звезд, заподозренных в принадлежности к скоплению, а также шести звезд скопления Плеяды.' 'Найдены спектроскопические свидетельства принадлежности ряда звезд .скопления к "металлическим" звездам. На основе результатов нашего анализа собственных данных и результатов, основанных на анализе эквивалентных ширин линий в спектрах ряда звезд, (по литературным данным), делается вывод о реальности различий величин содержаний элементов, в атмосферах химически-пекулярных звезд, принадлежащих одному скоплению. Проведено сопоставление аномалий содержаний элементов звезд гкоплений Плеяды и Волосы Вероники.
-
На основе нового однородного наблюдательного материала.сделан швод о пониженном содержании углерода, азота и кислорода в атмо-ферах Am-звезд. Сделан вывод о наличии отрицательной корреляции іежду содержаниями -утих элементов и более тяжелых элементов (в пер-іую очередь - железа).
5. Выводы о наличии корреляции содержаний элементов между собой
і с параметрами атмосфер "металлических" звезд. Заключение о том,
(то большинство результатов установления корреляций свидетельству-
т в пользу гипотезы о процессах диффузии для разделения элементов
атмосферах Am-звезд.
6. Результаты диагностики магнитного поля сложной структуры на
оверхности металлической звезды 15 Vul методом Стенфло - Лннде-
рена. По 164 линиям Fe I в диапазоне длин волн от 4300 А до 6700 А
прёделена величина поля /Я = 2390 ± 540 Гаусс. Установлено, что
?личина поля ///, найденная по линиям Fe I с низким потенциалом
ззбуждения \>, превосходит оценку поля, полученную по линиям с вы
жим значением \>. По аналогии с солнечной атмосферой, это может
(идегельствовать о томччто магнитные области на поверхности 15 Vul
>лоднее окружающей спокойной фотосферы.
7. Результаты моделирования химического состав атмосферы звезды
пятном (пониженной температуры и аномального химического соста-
і) на поверхности. Установленные в ходе вычислений относительные
' т
содержания элементов показали согласие с наблюдаемыми у Ат-звезд аномалиями химической) состава атмосфер, включая характерную -зависимость аномалии содержаний от атомного веса, и особенности аномалий ряда элементов избыток -содержания Na. дефицит Са и Sc. умеренный избыток содержании елементе* группы железа, избыток содержаний редкоземельных элементов.
8. Вывод о существовании стратификации содержания хрома в ат
мосферах химически-пекулярных'(Am- и Ар-) звезд. Дія всех исследо
ванных Ат-звезд заподозрено одинаковое увеличение концентрации Сі
в верхних слоях: для Ар-зве злы о2 CVn признаков заметной стратифи
кации С г не обнаружено, а для і СгВ. HR 7575. К) Aql и -.. Equ найдене
увеличение содержания Сг с глубиной.-'
9. Результаты определения- -эволюционного'статуса- неелгдова'ннм)
Ат-звезд.
Апробация работы. Основные резу.платы опубликованы в 26 ста тьях, докладывались и обсуждались на заседаниях отдела физики лвез; и туманностей и астрофизическом семинаре Крымской астрофизическое обсерватории; на совещаниях рабочей группы "Физика звездных атмо сфер" в Киеве (1979 год), в С АО (1980 год), п Риге (1981 год), в КрАС (1982 год), в Душанбе (1984 год), в Одессе (1986 год), в КрАО (1995 год) на симпозиуме MAC N 90 в Крыму в 1985'году, на совещании мно гостороннего сотрудничества "Магнитные звезды" в САО в 1991 году на 5-м Венском совещании "Модели атмосфер н снектр&тьный синтез' (1995 год), симпозиуме MAC N 170 в Вено (1995 год).
Структура и объем работы.