Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Фізико-математичні науки
Астрофізика, радіоастрономія

Диссертационная работа:

Андрієвський Сергій Михайлович. Аномалії хімічного складу зір помірних мас : Дис... д-ра наук: 01.03.02 - 2002.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність теми. Останнє десятиліття ознаменувалося істотним прогресом в області спостережної астрофізики і методів чисельного моделювання переносу випромінювання в зоряних атмосферах. З одного боку, принципово нові приймачі випромінювання зробили можливим одержання спектрів високого розрізнення з великим відношенням сигнал/шум для слабких об’єктів, з іншого боку, з’явилася можливість проводити дослідження фізичних і хімічних характеристик зір з використанням удосконалених комп’ютерних кодів і реалістичних моделей зоряних атмосфер як у наближенні локальної термодинамічної рівноваги (ЛТР), так і при відмові від неї (далі позначимо такий підхід, як не-ЛТР). У сукупності ці два зазначені фактори стали гарантами одержання спостережних і теоретичних результатів високої надійності.

До кінця ХХ століття в ряді випадків виникла нагальна потреба критичного перегляду виконаних раніше робіт в області хімічного складу зір. Практичне значення такого перегляду не викликає сумнівів, тому що отримані в результаті цього висновки мають безпосереднє відношення до теорії зоряної еволюції, а також теорії еволюції зоряних систем. Основні принципи стандартної теорії еволюції поодиноких зір, сформульовані ще в 60-і роки минулого століття, у цілому одержали блискуче підтвердження з боку спостережної астрофізики. Однак детальне дослідження зовнішніх проявів, що супроводжують зоряну еволюцію, безсумнівно, є актуальним, тому що дозволяє в окремих випадках скорегувати стандартний сценарій і зробити критичний вибір між гіпотезами, котрі пояснюють феномени, що спостерігаються. Особливе значення й актуальність має дослідження фізико-хімічних характеристик зір помірних мас. Як уже було відзначено, такі зорі головної послідовності (ГП) показують широкий спектр хімічних аномалій, що пов’язано зі специфічними фізичними умовами в їхніх атмосферах. В окремих випадках аномалії, що спостерігаються, усе ще залишаються без пояснення, а еволюційний статус зір, які демонструють їх, – нез’ясованим.

Безумовно, актуальним є визначення хімічного складу зір-надгігантів і цефеїд, зокрема. Незважаючи на те, що ці об’єкти не мають яскраво вираженої хімічної пекулярності (як, наприклад, зорі ГП), і процеси формування їхнього поверхневого складу сьогодні в цілому ясні, роль цих зір у пізнанні закономірностей галактичної хемодинаміки важко переоцінити. Саме завдяки результатам дослідження хімічного складу, отриманим для цих зір в останні роки, з’явилася можливість створення реалістичної моделі Галактики, що коректно враховує такі її морфологічні і динамічні характеристики, як центральна міжспіральна перемичка, радіальні газові потоки в диску, а також їх вплив на хімічну гомогенізацію газової складової міжзоряного середовища. Володіючи інформацією з радіального розподілу хімічних елементів у диску Галактики, заснованою на спектроскопічному дослідженні статистично значимої сукупності досить молодих надгігантів, можна краще зрозуміти хімічну еволюцію всієї Галактики в цілому, сонячної околиці, зокрема, і нарешті, особливості хімічного складу самого Сонця та його планетної системи.

Зв’язок дисертаційної роботи з науковими програмами, планами, темами. Різні розділи представленої до захисту докторської дисертації виконані:

1. На кафедрі астрономії й у НДІ “Астрономічна обсерваторія” Одеського національного університету ім. І. І. Мечникова в рамках виконання наступних держбюджетних тем:

– “Коливальна несталість зірок у подвійних системах” (1992-1994 рр., номер держреєстрації 0194U023428, відповідальний виконавець);

– “Chemical evolution of the early Galaxy: blue straggler phenomenon” (1994-1995, European Southern Observatory, C&EE Programme, науковий керівник);

– “Дослідження фізичних особливостей зірок на окремих, унікальних етапах розвитку” (1995-1997 рр., номер держреєстрації 0195U023595, науковий керівник);

– “Дослідження пульсучих надгігантів” (1998-2000 рр., номер держреєстрації 0198U002682, науковий керівник);

– “Вивчення фізико-хімічних властивостей пульсуючих зірок та дослідження структури й еволюціі Галактики” (2001-2003 рр., номер держреєстрації 0101U001418, науковий керівник).

2. У Департаменті Фізики зір і галактик обсерваторії Парижа і Медона (Франція), відділі Фізики зір Інституту Астрофізики Потсдама (Німеччина) і Інституті Астрономії і Геофізики Сан-Паулу (Бразилія) у різні періоди з 1993 по 2002 рік.

Мета і задачі дослідження. Основна мета дисертаційної роботи складалася в рішенні ряду проблем зоряної і Галактичної астрономії шляхом аналізу фізико-хімічних характеристик зір помірної маси. Ці характеристики були визначені на основі великого високоякісного спектрального матеріалу. У першу чергу, до таких проблем ми віднесли наступні:

1. Проблема зір типу l Boo. Основна задача, що ми перед собою поставили, полягала у визначенні хімічного складу великої групи зір цього типу, моделюванні процесів, що відбуваються в їхніх оболонках з метою пояснення феномена, що спостерігається, а також пошуку механізмів утворення зір типу l Boo.

2. Проблема блакитних страглерів. Основною задачею був аналіз розходжень між характеристиками цих унікальних об’єктів і звичайних зір подібних спектральних класів. Визначення таких розходжень могло б послужити основою для вибору правильної гіпотези, що пояснює появу блакитних страглерів.

3. Проблема малоамплітудних цефеїд (s-цефеїд) і незмінних надгігантів у смузі нестабільності. І ті, і інші характеризуються низьким рівнем пульсаційної активності, причина якого не з’ясована. Як першочергову ми формулювали задачу по перевірці гіпотези про те, що s-цефеїди вперше перетинають смугу нестабільності, а, отже, мають знижений вміст гелію – основного елемента, відповідального за рівень пульсаційної активності.

4. Проблема радіального розподілу металів у диску нашої Галактики. Наявні в літературі дані з цього питання дають неповну, а часом і помилкову картину розподілу хімічних елементів у диску, що, у свою чергу, утрудняє розробку реалістичної моделі хімічної еволюції Галактики, що використовує градієнт металевості як один з найважливіших вхідних параметрів теорії. Основною задачею, що була поставлена в дисертаційній роботі, було визначення хімічного складу для великої групи пульсуючих надгігантів з наступним використанням отриманих результатів для визначення радіальних розподілів вмістів різних хімічних елементів. Була також зроблена спроба знайти зв’язок між характеристиками отриманих розподілів і деякими морфологічними особливостями нашої зоряної системи.

5. Проблема “субсонячної” металевості атмосфер B зір, яка полягає в явній невідповідності хімічного складу молодих В зір з околиці Сонця і самого Сонця. Характер невідповідності неможливо інтерпретувати в рамках стандартних моделей еволюції Галактики. Проблема має, у деякій мірі, філософський відтінок, тому що торкається питання про особливе положення Сонця, як “надметалевої” зорі, яка, у свою чергу, має планетну систему. У дисертаційній роботі була поставлена задача критичного розгляду цієї проблеми.

Наукова новизна отриманих результатів. У представленій роботі були вирішені наступні задачі:

1. Створено базу даних, що містить спектри високого розрізнення для таких об’єктів, як: блакитні страглери, зорі типу l Boo, В зорі ГП ранніх спектральних класів, цефеїди і незмінні надгіганти. Число спектрів, цілком підготовлених для кількісного аналізу (екстракція спектральних порядків, визначення рівня континуума й ототожнення спектральних ліній), досягає 1000. Результати, представлені в дисертаційній роботі, засновані на аналізі приблизно третини всіх наявних у нашому розпорядженні спектрів. За своїм обсягом спектральна база даних, зібрана нами протягом 10 років, не має світових аналогів.

2. Проведено дослідження фізико-хімічних характеристик групи хімічно пекулярних зір типу l Boo. Отримані найбільш повні на сьогоднішній день спостережні дані з хімічних аномалій, властивих цим об’єктам. Фізико-хімічні характеристики більшості досліджених зір цього типу визначені вперше.

3. Уперше побудована чисельна модель взаємодії газу і пилу в оболонках зір типу l Boo і запропонований новий механізм утворення таких зір.

4. Виконано обширне спектроскопічне дослідження блакитних страглерів і нормальних зір, розташованих у полі шести розсіяних зоряних скупчень, з метою пошуку розходжень у властивостях цих об’єктів і нормальних зір ГП (для більшості з 27 досліджених за цією програмою зір фізико-хімічні характеристики були визначені вперше).

5. Уперше надійно встановлено, що блакитні страглери обертаються повільніше нормальних зір подібних спектральних класів, що свідчить на користь гіпотези про злиття компонентів тісних подвійних зоряних систем як причини появи феномена блакитних страглерів.

6. Виконано спектроскопічне дослідження 19 страглерів галактичного поля, які за своїми характеристиками близькі до зір типу l Boo і можуть розглядатися як продовження останніх у низькотемпературну область. Серед цієї сукупності зір, що раніше спектроскопічно не досліджувалися, виявлений один об’єкт (HD 35863) з аномально високим вмістом літію в атмосфері.

7. Запропоновано удосконалений метод спектроскопічного аналізу для зір надгігантів у наближенні ЛТР. Метод апробований на спектральному матеріалі, отриманому для добре вивченої галактичної цефеїди d Cep, а також для семи яскравих надгігантів з Великої Магелланової Хмари.

8. У рамках виконання програми з дослідження хімічного складу атмосфер надгігантів помірних мас встановлений еволюційний статус малоамплітудних s-цефеїд (15 досліджених зір) і показано, що вони не вперше перетинають смугу нестабільності.

9. Для 14 досліджених нами незмінних надгігантів, що знаходяться в межах смуги нестабільності, визначені параметри атмосфер і хімічний склад. На підставі отриманих результатів зроблений висновок про те, що за своїми хімічними характеристиками незмінні надгіганти не відрізняються від малоамплітудних цефеїд, які за рівнем пульсаційної активності найбільш близькі до них. Для визначення точного положення незмінних надгігантів на еволюційній діаграмі запропонований новий метод оцінки абсолютної зоряної величини – однієї з найважливіших і важковизначаємих характеристик. Метод заснований на калібрувальних співвідношеннях між абсолютною зоряною величиною й еквівалентною шириною деяких ліній іонізованого барію.

10. В результаті аналізу надлишків вмісту атмосферного натрію у 48 галактичних надгігантів і яскравих гігантів визначені кількісні характеристики залежності [Na/Fe] від прискорення сили тяжіння. Показано, що спостерігаємий надлишок натрію у зір з низьким значенням log g, як правило, не перевищує 0.25 dex.

11. Спектроскопічне дослідження групи 11 бімодальних цефеїд дозволило знайти залежність між такою пульсаційною характеристикою як величина відношення періодів (P1/P0) і металевістю атмосфер.

12. Виявлені кілька унікальних об’єктів серед жовтих надгігантів: SV Vul – цефеїда, яка вперше перетинає смугу нестабільності, EV Sct – спектрально-подвійна цефеїда.

13. На основі аналізу хімічного складу атмосфер 99 галактичних цефеїд (що складає близько 15% усіх відомих цефеїд нашої Галактики) вперше побудовані радіальні розподіли вмістів 25 хімічних елементів у галактичному диску для галактоцентричних відстаней 4-15 кпк.

14. Виявлено, що розподіл металевості в диску Галактики в цьому діапазоні відбиває існування трьох областей, що характеризуються різними значеннями градієнта.

15. Розглянуто вплив радіальних газових потоків на хімічну гомогенізацію в диску Галактики, і показано, що міжзоряна складова диска збагачується легкими елементами й елементами групи заліза, а також важкими елементами з різними характерними часами.

16. Виконані дослідження хімічного складу гарячих B зір ГП, що знаходяться в полі Галактики, а також у розсіяних скупченнях і асоціаціях (31 об’єкт) з використанням не-ЛТР підходу.

17. На прикладі розсіяного скупчення M 25, що містить як гарячі B зорі ГП, так і генетично зв’язані з ними жовті надгіганти, показано, що відмінність хімічного складу цих зір, що сформувалися з однієї і тієї ж газової матерії, можна пояснити тільки в рамках гіпотези атомарної дифузії в атмосферах B зір. Виявлено три нові зорі цього скупчення з емісією в лінії Ha, що раніше не були класифіковані як Be зорі.

18. Зроблено висновок про те, що хімічний склад атмосфер B зір не відбиває коректно хімічний склад міжзоряного середовища, з якого вони сформувалися, отже, гіпотеза про “надметалевість” нашого Сонця, заснована на зіставленні його хімічного складу з хімічним складом B зір з найближчої околиці, не має під собою досить міцних підстав.

Для більшої частини досліджених у даній роботі зір (більш 270) детальні фізико-хімічні характеристики були визначені вперше.

Практичне значення отриманих результатів. Сформовано велику базу даних, що містить спектри високого розрізнення таких об’єктів, як цефеїди (а також незмінні надгіганти), блакитні страглери, зорі типу l Boo, гарячі B зорі ГП. База даних цілком підготовлена для використання фахівцями, які працюють в області спектроскопії.

Створено каталог сил осциляторів для 565 ліній 31 атома й іона 27 хімічних елементів, який може застосовуватися для кількісного аналізу зоряних спектрів в області 5627–7840 Е.

Удосконалено стандартний метод спектроскопічного аналізу. Запропонована модифікація дозволяє одержувати для зір-надгігантів фізично більш реалістичні результати.

Визначено параметри атмосфер і хімічний склад великої кількості зір помірної маси, які належать до різних типів. Для більшості досліджених зір інформація з деяких фізичних і хімічних характеристик отримана вперше.

Розподіл вмістів великої кількості хімічних елементів у диску Галактики на великому інтервалі галактоцентричних відстаней, отриманий з використанням статистично значимої кількості об’єктів, найближчим часом знайде своє застосування при конструюванні реалістичних моделей галактичної хімічної еволюції, яка враховує такі структурні особливості нашої зоряної системи, як радіальні газові потоки в диску і центральна міжспіральна перемичка, яка безпосередньо впливає на хімічну гомогенізацію речовини міжзоряного середовища.

Особистий внесок дисертанта. Автором особисто були ініційовані наступні роботи:

– збір високоякісного спектрального матеріалу, що стосується деяких типів помірно масивних зір. Автор брав безпосередню участь в одержанні спектрального матеріалу на 6-м телескопі Спеціальної астрофізичної обсерваторії Російської Академії наук (у різні періоди з 1990 по 1994 р.), 1.52-м телескопі Обсерваторії Верхнього Провансу, Франція (у 1994, 1998 і 1999 р.), 1.52-м телескопі Південної Європейської обсерваторії, Чилі (у 2001 р.). Частина матеріалу була передана автору для роботи закордонними колегами. Так, спектри були передані від R. E. Luck (США), В. Г. Клочковї (Росія), В. Є. Панчука (Росія), E. Paunzen (Австрія), A. Fry (США), B. Carney (США), G. Mathys (Чилі), D. Bersier (США);

– широкомасштабне спектроскопічне дослідження зір типу l Boo, блакитних страглерів, а також не-ЛТР аналіз гарячих B зір ГП, засновані на аналізі найбагатшого спектрального матеріалу, що не має світових аналогів;

– безпрецедентне спектроскопічне дослідження великої вибірки галактичних класичних цефеїд з метою одержання найбільш достовірних даних з розподілу металевості в диску Галактики.

Частина спектрального матеріалу була оброблена особисто автором, їм також виконана значна частина розрахунків у наближенні ЛТР.

Автору дисертаційної роботи належать наступні ідеї (у хронологічному порядку):

1. Застосувати спектроскопічні критерії для вирішення питання про еволюційний статус s-цефеїд.

2. Ув’язати факт тонкого настроювання рівня пульсаційної активності бімодальних цефеїд з рівнем металевості їхніх атмосфер.

3. Знайти зв’язок між хімічно пекулярними зорями типу l Boo і тісними подвійними системами типу W UMa з метою вирішення проблеми походження зір типу l Boo. Розв’язати задачу про розділення газу та пилу в оболонках зір цього типу.

4. Застосувати новий спектроскопічний індикатор світності для зір- надгігантів.

5. Провести обширні не-ЛТР дослідження гарячих B зір і наступний порівняльний аналіз хімічного складу цих зір і генетично зв’язаних з ними жовтих надгігантів для вирішення проблеми “субсонячного” вмісту елементів, які характерні для атмосфер B зір.

6. Дослідити залежність надлишку атмосферного вмісту натрію від характеристик зір-надгігантів з використанням однорідного спектрального матеріалу.

7. Одержати найбільш надійні на сьогоднішній день дані з розподілу вмістів різних хімічних елементів (у тому числі і важких) у галактичному диску для великого інтервалу галактоцентричних відстаней, ґрунтуючись на спектроскопічному аналізі пульсуючих зір-надгігантів, що надають унікальну можливість точної оцінки галактичних відстаней. Дослідити вплив центральної галактичної перемички на гомогенізацію речовини диска Галактики. Врахувати роль радіальних газових потоків при формуванні розподілів вмістів легких і важких хімічних елементів, що характеризуються різною величиною градієнта.

Автору належить постановка задачі в кожній із робіт, згаданих в дисертації. Ним отримана частина спостережного матеріалу. Обробка спостережень, розрахунки та інтерпретація виконані сумісно з співавторами.

Текст всіх опублікованих робіт, що мають відношення до дисертації, був написаний автором, з наступними невеликими додаваннями з боку співавторів.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні результати були представлені на:

– міжнародній конференції “Mechanisms of chromospheric and coronal heating”, м. Гейдельберг (Німеччина), 1990 р.;

– колоквіумі МАС (Міжнародний Астрономічний Союз) № 135 “New perspectives on stellar pulsation and pulsating variable stars”, Вікторія (Канада), 1992 р.;

– астрофізичному семінарі Департаменту фізики зір і галактик – DASGAL, Обсерваторія Парижа-Медона (Франція), 1994 р.;

– колоквіумі МАС № 155 “Astrophysical applications of stellar pulsation”, м. Кейптаун (ПАР), 1995 р.;

– міжнародній конференції “Contemporary problems of Astronomy”, м. Одеса (Україна), 1996 р.;

– колоквіумі МАС “Chemically peculiar stars”, Інститут Астрономії Віденського університету, м. Відень (Австрія), 1997 р.;

– колоквіумі МАС № 175 “The Be phenomenon in early-type stars”, м. Аліканте (Іспанія), 1999 р.;

– 35-ому міжнародному астрофізичному колоквіумі “The galactic halo: from globular cluster to field stars”, м. Льєж (Бельгія), 1999 р.;

– літній Міжнародній Школі студентів-астрономів, м. Одеса, 2000 р.;

– семінарі відділу астрофізики Інституту астрономії м. Потсдам (Німеччина), 1998 р. і 1999 р.;

– міжнародній конференції UKRASTRO-2000, м. Київ (Україна), 2000 р.;

– міжнародній конференції “Astronomy 2000”, м. Одеса (Україна), 2000 р.;

– XXVII З’їзді Бразильського Астрономічного товариства, м. Агуас-де-Сан-Педру (Бразилія), 2001 р.;

– астрофізичному семінарі Національного Інституту космічних досліджень, м. Сан-Жозе-дос-Кампус (Бразилія), 2001 р.;

– астрофізичному семінарі Національної Обсерваторії, м. Ріо-де-Жанейро (Бразилія), 2001 р.;

– астрофізичному семінарі Інституту Астрономії і Геофізики Університету м. Сан-Паулу (Бразилія), 2001 р.;

міжнародній конференції “Selected tasks of the contemporary astronomy”, м. Львів (Україна),

2002 р.;

– астрофізичному семінарі Головної Астрономічної обсерваторії України, м. Київ (Україна), 2002 р.;

– астрофізичному семінарі Південної Європейської Обсерваторії, м. Гархінг (Німеччина), 2002 р.;

– астрофізичному семінарі Кримської Астрофізичної Обсерваторії, Крим (Україна), 2002 р.;

– семінарах Астрономічної обсерваторії Одеського національного університету.

Подобные работы
Горбаньова Тетяна Іванівна
Спостережувані прояви процесів перемішування в зорях малих мас.
Мішеніна Тамара Василівна
Хімічний склад F-, G-, K- зір як спостережний прояв еволюції зір та Галактики

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net