Спектроскопические исследования с высоким разрешением горячих звезд с большими пространственными скоростями Мусаев Фаик Адиль оглы

Введение к работе

r.,i,n Обладая большой массой (<* 20-30)М₀ .высокой светимостью («10

0Т ІІ К '1 I Л

—эргцсзк), сравнительно короткой продолзкительностга 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,1961; 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 взрыва 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 компонентов 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 "убегающих" ОВ-звезд с несимметричным взрывом сверхновой 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

1-І

прямым путем измерения 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) пришел 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 Ы»1.2М₀. 'Стоуном был сделан вывод о том, что приблизительно (40-70)% "убегающих" 0-звезд могут быть спектроскопически двойными с длинными' периодами (P^I60^d) 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(1986), исследуя лучевые скорости 36-ти "убегающих" ОВ-звезд, нз 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 v была связана с нерадиальными пульсациями атмосфер.

' 4

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 v-ftin і, блендирования линий и т.д.), все это и приводило к противоречивым результатам. Второй причиной явилось пренеорекение 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 wl.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 v , блеска, цвета и поляризации излучение ОВ-звезд нуждалась в детальном изучении на

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

Учитывая опыт спектральных исследований, накопленный в совместных работах ОАО 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 выбрани следующие объекты:

а) ее c:yg sp07.5v. Горячий карлик, был включен в списки

"бегунов" по пространственно-кинематическим характеристикам, связи с кольцовой туманностью, по обнаруженной переменности v и блеска (Блаау,1961; Лозинская и Лютый,1981; Алдусева и др.,1982). Яркость звезды 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 Sp09.5Iab. 0ТНЄСЄШ К "бегуНЯМ"

по пространственно-кинематическим характеристикам и возможной переменности v (Блаау,1Э61; 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 зеєздн (Болтон и Роджерс, 1978).

В целом звезды программы являются типичными представителями населения верхней левой части диаграммы Геришпрунга-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 подтверждены, тогда как заключение 66 обнаружении релятивистского спутника имеет далеко идущие следствия. При выполнении наших исследований мы пытались подчеркнуть всю сложность проблемы изучения изменений 7, 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 исседовзниях в будущем.

Научная новизна работы сеодитоя к следующему:

1. Исследование "убегающих" 0-звезд с помощью однородных высо-ко дисперсионных ( d= 8 ; 9 А/мм ) спектрограмм, 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 осциллоскогшческого компаратора.

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

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

На защиту выносятся і

6. 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 возмошой двойственности).

7. Результаты исследования позшгионно-точностншс характеристик инструментальной системы 2-м телесксп+кудэ-спектрограф (2-я камера )+осциллоскопический компаратор и осциллоскопический компаратор ШАО с оригинальной оптической приставкой.

8. Вывод о существовании короткспериодическсй физической переменности У ЗВеЗД a Cam, НІ> 188Я0Я И 68 Оуг, НЄСОЕМЄСТИМОЯ С ГИПО-

тезой их возможной двойственности и подтверждение двойственности

ЗВезДН 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 All Азербайджанской Республики, АОастуманскс.і астрофизической обсерватории АН Грузинской Республики, на конференции рабочей группы "Физика звездных атмосфер" в САО аН СССР (ишь,1385), на совещании Подкомиссші n:5 "Двойные звезда" многостороннего сотрудничества АН социалистических стран по проблеме "Физика и эволюция звезд" в РАО 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, з? рисунок, 19 таблиц, библиография содержит 108 наименований.