Содержание CNO-элементов в атмосферах нормальных и пекулярных G-K гигантов Бердюгина, Светлана Владимировна

Введение к работе

Актуальность работы.

Как известно, углерод, азот и кислород являются наиболее распространенными элементами после водорода и гелия. Для звезды, эволюционирующей вдоль ветви гигантов, стандартная теория звездной эволюции предсказывает вынос продуктов CN-цикла на ее поверхность в результате первого конвективного перемешивания вещества. При этом происходит значительное понижение содержания углерода ¹²С, сопровождающееся повышением содержания азота и изотопа углерода ¹³С. Основные теоретические выводы об изменении химического состава атмосфер гигантов качественно подтверждаются многими авторами. Тем не менее, имеются данные, противоречащие некоторым количественным оценкам, и кроме того, существуют группы гигантов с аномально высокими содержаниями изотопа ¹³С, лития, элементов s-процесса и др. Детальное изучение содержаний CNO-элементов в атмосферах таких гигантов позволяет, во-первых, установить их эволюционный статус, во-вторых, определить степень перемешивания вещества в их атмосферах и, в-третьих, оценить возможные отклонения от предсказаний стандартной теории звездной эволюции.

В диссертации на основе новых спектральных наблюдений исследовано содержание CNO-элементов в атмосферах нормальных и различных типов пекулярных гигантов с целью определения стадии их эволюции и сопоставления наблюдаемых содержаний с теоретическими расчетами. Оказалось, что большинство исследованных гигантов имеют признаки начавшегося конвективного перемешивания вещества в их атмосферах, и обнаружились некоторые отклонения от предсказаний стандартной теории звездной эволюции.

Целью настоящего исследования является:

1. определение новой калибровки для определения ускорений силы тяжести lg g для G-K гигантов,

2. получение новых свидетельств о дополнительном перемешивании в ядрах звезд на главной последовательности и в атмосферах звезд на стадии красного гиганта,

3. установление эволюционного статуса гигантов с высоким содержанием лития,

4. исследование содержания CNO-элементов в атмосферах слабо бариевых гигантов и сравнение их с нормальными гигантами,

5. исследование главных компонент хромосферно-активны? двойных звезд в стадии красного гиганта и сравнение с нормальными гигантами.

Научная новизна.

В диссертации предложена методика определения ускорений силы тяжести lg g для G-K гигантов и субгигантов, основанная на сопоставлении наблюдаемых эквивалентных ширин линий MgH с рассчитанными с помощью моделей атмосфер. Точность величин lg g составляет 0.2 — 0.3 dex. Исследовано влияние различных параметров (микро- и макротурбулентность, метал личность, содержание магния) на профили вычисляемых линий радикала MgH и на значения lg g. Из анализа результатов для 46 звезд получена новая калибровка lg g в 2зависимости от lg Т_эф, M_v и [Fe/H].

Установлено, что при подходе к ветви красных гигантов в атмосферах звезд III и IV классов светимости наблюдается существенно разное изменение величин отношений C/N и ¹²С/¹³С. Понижение значений этих отношений, связанное с углублением конвективной оболочки в атмосферах звезд, происходит у субгигантов в соответствии с предсказаниями стан-

дартной теории звездной эволюции, а в случае гигантов — при более высоком значении эффективной температуры ~5500К На основании этого сделан вывод, что в атмосферах звезд с lg L/Lq > 1 формирование конвективной оболочки начинается раньше, чем предсказывает стандартная теория. Кроме того, получены новые свидетельства о том, что на главной последовательности во внутренних слоях этих звезд умеренная турбулентная диффузия вызывает перераспеределение концентраций CNO-элементов. Результаты CNO-анализа подтверждают также гипотезу, что углубление конвективной оболочки в атмосферах звезд вызывает торможение их вращения при достижении значения эффективной температуры ~ 5500 К.

Из анализа содержаний CNO-элементов установлен эволюционный статус 9 гигантов с высоким содержанием лития. Средние значения отношений C/N ~ 1.5 и ¹²С/¹³С ~ 20 свидетельствуют о начавшемся в их атмосферах конвективном перемешивании. Часть из них, вероятно, находится в стадии горения гелия.

Определены содержания CNO-элементов в атмосферах 12 слабо бариевых звезд (для 10 звезд - впервые). При сравнении с нормальными гигантами выделена группа звезд с пониженным на 0.3 dex содержанием углерода и повышенным на 0.4 4-0.5 dex содержанием азота.

Анализ содержаний CNO-элементов в атмосферах 4 хромосферно - активных звезд показал их близость к классу маломассивных гигантов или субгигантов, испытавших конвективное перемешивание вещества в атмосфере, о чем свидетельствует повышенное содержание изотопа ¹³С и высокое значение отношения C/N.

При сравнении содержаний CNO- и s-элементов в атмосферах главных компонентов в системах хромосферно-активных двойных AY Cet и DR Dra со средними значениями содержаний нормальных, бариевых и слабо бариевых гигантов пока-

зало, что гигант в более тесной системе AY Cet имеет выраженную пекулярность, характерную для класса слабо бариевых звезд — дефицит металлов, умеренные избытки содержания углерода и s-элементов. В более широкой и долгопериоди-ческой системе DR Dra главный компонент имеет нормальные для красного гиганта или субгиганта содержания элементов.

Научная и практическая ценность.

Результаты исследования, представленные в диссертации имеют практическое значение. Обнаруженные отклонения от предсказаний стандартной теории звездной эволюции в атмосферах нормальных гигантов могут способствовать ее дальнейшему развитию.

Установленный эволюционный статус гигантов с высоким содержанием лития позволяет поставить задачу поиска механизмов обогащения литием их атмосфер на стадии гиганта.

Новая калибровка ускорений силы тяжести может использоваться в качестве дополнительного критерия при определении параметров атмосфер и исследовании химического состава гигантов и субгигантов спектральных классов G и К.

На защиту выносятся:

6. Методика определения ускорений силы тяжести из сопоставления наблюдаемых и рассчитанных с полющью моделей атмосфер эквивалентных ширин линий MgH для гигантов и субгигантов в диапазоне эффективных температур от 4000 К до 5500 К и lg g от 1.5 до 4.0 и новая калибровка lg g в зависимости от lg Т_эф, M_v и [Fe/H].

7. Результаты определения содержания CNO-элементов в атмосферах 45 (новых 38) нормальных и пекулярных гигантов и субгигантов.

8. Вывод о более раннем, чем предсказывает стандартная теория, формировании конвективной оболочки в атмосферах

звезд со светимостью больше 10 1.0 при подходе к ветви красных гигантов и о возможном присутствии в их недрах умеренной турбулентной диффузии на стадии главной последовательности.

4. Вывод о том, что исследованные гиганты с высоким содержанием лития находятся в стадии конвективного перемешивания и что три из них с высоким отношением C/N (>3) являются маломассивными гигантами, возможно испытавшими гелиевую вспышку.

5. Вывод, что в атмосферах половины из исследованных слабо бариевых звезд существуют признаки эффективного перемешивания (C/N=0.5). .

6. Вывод о том, что главный компонент хромосферно-
активной двойной звезды с белым карликом в качестве второ
го компонента - AY Cet - является слабо бариевым гигантом.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на семинарах Лаборатории физики звезд и галактик Крымской астрофизической обсерватории (Научный, 1989-1994 гг.), на совещании рабочей группы "Звездные атмосферы" (Тыравере, 1991), на IV Зимней школе на Канарских островах (Тенериф, 1992), на коллоквиуме N 146 MAC (Копенгаген, 1993), на семинаре кафедры астрофизики Санкт-Петербургского Университета (Санкт-Петербург, 1994), на XXII Генеральной Ассамблее MAC (Гаага, 1994).

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения, списка литературы (121 название) и Приложения. Полный объем 103 страницы машинописного текста, 29 рисунков, 17 таблиц, 8 страниц Приложения. Суммарный объем диссертации - 178 страниц.