Оптическая спектроскопия звезд высокой светимости с инфракрасными избытками

В работе представлены наблюдательные факты и рассмотрены проблемы, касающиеся спектроскопических исследований пекулярных звезд высокой и предельно высокой светимости (сверхгигантов и гипергигантов, соответственно), отождествляемых с мощными галактическими инфракрасными (ИК) источниками.

Исследования последних лет показали, что пекулярные сверхгиганты с ИК-избытками являются, как правило, звездами малых и средних масс на эволюционной стадии перехода от асимптотической ветви гигантов (AGB) к планетарной туманности (PN). Из теории звездной эволюции следует, что объекты на этой переходной стадии, пережившие фазу AGB со значительной потерей массы, являются звездными остатками высокой светимости, окруженными холодными (с температурой около 200 К) расширяющимися пылевыми оболочками. Кратковременный (около 1000 лет) переход от стадии AGB к PN пока недостаточно изучен как теоретически, так и в наблюдениях. Быстрая структурная перестройка звезды и оболочки сопровождается спектроскопическими феноменами, которые либо не предсказаны теорией, либо выглядят богаче соответствующих теоретических предсказаний. По мере разлета пылевой оболочки ее оптическая плотность уменьшается, вследствие чего отношение ИК-эмиссии к общему потоку снижается, достигая 1/3 у молодых протопланетарных туманностей (PPN). Когда эффективная температура звезды увеличивается до 5000 К, поздняя фаза AGB (LAGB) заканчивается и объект превращается в PPN (Шенбер-нер, 1983). Иллюстрацией этого состояния служит биполярная туманность AFGL2688. Ветер у звезд высокой светимости хорошо описывается теорией истечения вещества под действием давления излучения, где скорость истечения увеличивается пропорционально скорости убегания с поверхности звезды. При неизменной светимости на стадии после асимптотической ветви гигантов (post-AGB), рост эффективной температуры сопровождается быстрым уменьшением радиуса, и скорость истечения увеличивается почти пропорционально эффективной температуре (Полдрах и др., 1988).

Поэтому в оболочках PPN появляется быстрый ветер, догоняющий вещество, потерянное на стадии AGB. При этом, как правило, понижается уровень симметрии объекта. Богатство и разнообразие спектров сверхгигантов с ИК-избытками обязано как сложной морфологии оболочек, так и нестационарности движений в атмосферах.

Основным отличием оптического спектра PPN от спектров классических сверхгигантов является аномальное поведение профилей спектральных линий (Н I, Hel и Nal), и прежде всего — линии нейтрального водорода На: переменная эмиссия в Нонаблюдается даже на спектрах низкого разрешения. Наличие эмиссии в На является, наряду с ИК-избытками, основным критерием для отбора кандидатов в PPN. В спектрах типичных PPN линия На имеет сложные (эмиссия -± абсорбция) переменные профили с асимметрией ядра, профили типа Р Лебедя (Р Cyg) или инверсного Р Cyg, профили с эмиссионными асимметричными крыльями. Нередко наблюдается и сочетание подобных деталей. Известно, что эмиссионный профиль На — признак процессов истечения вещества и/или пульсаций. Сдвиг ядра линии, как правило, меньше, чем сдвиг, соответствующий скорости убегания, т. е. мы можем говорить скорее не о звездном ветре, а об истечении (расширении) верхних слоев протяженной атмосферы. Различия в виде профилей На обусловлены различиями в динамических процессах, протекающих в протяженных атмосферах отдельных кандидатов в PPN: сферически симметричное или несимметричное истечение с постоянной скоростью, или скоростью, меняющейся с высотой в атмосфере, падение вещества на фотосферу, радиальные пульсации.

Пекулярность оптических спектров PPN проявляется и в том, что спектральные черты сверхгигантов классов F-K могут сочетаться с наличием многочисленных абсорбций или эмиссий, отождествляемых с молекулярными спектрами. Например, в спектре туманности AFGL 2688 с Тея = 6500 К наблюдаются эмиссионные полосы системы Свана молекулы С2, и абсорбционные полосы красной системы молекулы CN. Исследования молекулярных спектров в оптике, в сочетании с данными радиоспектроскопии, дают возможность проследить процесс потери вещества звездой на стадиях AGB и post-AGB.

Помимо PPN, большие ИК-избытки и сложное динамическое состояние атмосферы наблюдаются и у некоторых массивных звезд на стадии красного сверхгиганта. Представителем такого рода объектов предельно высокой светимости является уникальная звезда V1302 Aql, отождествлявмая с ИК-источником IRC+10 420 (IRAS 19 244+1115). Спектр V1302 Aql содержит многочисленные абсорбции, формирующиеся в слоях фотосферы, неподвижных относительно центра массы звезды, и эмиссии, формирующиеся в расширяющейся оболочке. Сложная динамическая картина, подобная наблюдаемой в атмосфере V1302 Aql, обусловлена недавно завершенным (или продолжающимся) процессом сброса вещества, и, следовательно, присуща тем сверхгигантам с эмиссионными компонентами профиля На, которые имеют большие ИК-избытки (особенно в ближнем ИК-диапазоне).

Представляемая диссертация вносит определенный вклад в проблему эволюции звезд верхней части диаграммы Герцшпрунга-Рессела, поскольку именно оптическая спектроскопия высокого спектрального разрешения в широком дипазоне длин волн, 3500−9000 АА, служит мощным средством определения фундаментальных свойств как звезд на продвинутых стадиях эволюции, так и динамических характеристик окружающих эти звезды протяженных оболочек.

Актуальность проблемы.

Актуальность оптической спектроскопии сверхгигантов с ИК-избытка-ми обусловлена, прежде всего, отсутствием спектральных данных в оптике для большинства объектов данного типа. Звезды на стадии PPN погружены в плотные газопылевые оболочки, т. е. доступны для детальных спектроскопических исследований только при помощи крупнейших телескопов. Исследования PPN, выполняемые на 6-метровом телескопе БТА, совпали с периодом ввода спектральной аппаратуры нового поколения. Выполнение наблюдений с этой аппаратурой потребовало значительных усилий по исследованию позиционных и фотометрических характеристик спектрографов, а также по созданию новых и совершенствованию существующих методов обработки наблюдательного материала. Разнообразие спектров PPN требует получения спектров для представительной выборки объектов. Спектральная переменность, вызванная либо присутствием вторичного компонента, либо переменностью звездного ветра, либо быстрым прохождением кратковременных эволюционных состояний, делает актуальным длительный мониторинг выборки звезд на шкале дни-месяцы-годы. (В частности, в последние два десятилетия у объекта IRC+10 420 наблюдаются вековые изменения оптического спектра). Необходимость изучения структуры газопылевых околозвездных оболочек делает актуальными и спектрополяриметрические исследования избранных объектов программы. В работе удалось удовлетворить одновременно всем этим требованиям (использование большого телескопа, исследование спектральной аппаратуры нового поколения, совершенствование алгоритмов обработки наблюдательного материала, наблюдения выборки объектов, включая их спектральный мониторинг, первые спектрополяриметрические наблюдения с высоким спектральным разрешением). Такое сочетание этапов работы также актуально.

Цели и задачи исследования.

При постановке программы спектроскопии на б-м телескопе протопланетар-ных туманностей (Клочкова, 19 986) основной целью был поиск аномалий химического состава атмосфер далеко проэволюционировавших звезд. На заключительных стадиях своей эволюции звезды поставляют в межзвездную среду вещество, обогащенное продуктами прошедших в их недрах ядерных процессов. Поэтому программа исследований имеет прямое отношение к фундаментальным проблемам астрофизики — происхождению элементов во Вселенной и химической эволюции вещества в Галактике.

Развитием этой работы является анализ спектральных проявлений динамического состояния протяженных атмосфер и оболочек аномальных сверхгигантов, изучение морфологии оболочек с привлечением спектропо-ляриметрических данных. Если наблюдаемый химический состав звезды, прошедший эволюционные стадии с перемешиванием вещества, представляет собой своеобразную запись эволюции ее химического состава, то детальный анализ поля скоростей в атмосферах и оболочках этих звезд отражает историю потери вещества.

Дополнительная проблема, решаемая за счет спектрального мониторинга, — обнаружение спектральной переменности и выявление возможной двойственности. Для определенных выводов о связи пекулярностей химического состава и двойственности объектов необходимы многократные спектральные наблюдения. Проблема осложнена еще и тем, что из-за явной неоднородности объектов по химическому составу, важно получить оценки содержания элементов для обширной выборки объектов с тем, чтобы выявить основные тенденции и закономерности.

Научная новизна.

Научная новизна результатов обеспечена тем, что впервые для 3-х удаленных сверхгигантов, отождествляемых с ИК-источниками IRAS 1 005+7910, IRC+10 420, AFGL2688, получены и проанализированы спектры высокого спектрального разрешения, на основе которых определены фундаментальные параметры звезд, выявлены особенности химического состава их атмосфер, а также изучена картина истечения вещества и строения околозвездных оболочек.

Впервые проведен мониторинг пекулярных объектов IRAS 1 005+7910 и IRC +10 420 с высоким спектральным разрешением, и на основе мониторинга выявлена переменность как профилей ряда спектральных линий, так и спектров в целом.

Впервые получены спектрополяриметрические данные высокого спектрального разрешения для AFGL2688, на основании которых разделены спектры, формирующиеся в фотосфере и оболочке, что в сочетании с радиоастрономическими данными позволило предложить кинематическую модель туманности.

Впервые исследованы позиционные и фотометрические характеристики новых эшелле-спектрометров фокуса Нэсмита, что послужило основой как для выполнения данной работы, так и для обеспечения ряда других наблюдательных программ 6-м телескопа. Впервые, с целью определения 4-х параметров Стокса, разработаны алгоритмы редукции спектрополяриметри-ческих наблюдений, выполненных с эшелле-спектрографами высокого разрешения БТА.

Достоверность результатов.

Достоверность результатов, полученных в настоящей работе, подтверждена следующим образом:

• результаты исследования позиционных и фотометрических характеристик спектрографов высокого разрешения, установленных в фокусе Нэсмита 6-метрового телескопа — неоднократным выполнением соответствующих экспериментов, включающих и наблюдения звезд — стандартов эквивалентных ширин и лучевых скоростей;

• результаты создания комплекса программ редукции спектрополяриметрических наблюдений — обработкой наблюдений звезд — спектропо-ляриметрических стандартов;

• результаты исследования источника IRC+10 420 в части вековых изменений спектра — результатами Оудмайера (1998), полученными независимо по другому наблюдательному материалу;

• результаты исследования источника IRAS 1 005+7910 в части выводов об изменяющемся характере стратификации атмосферы — устойчивостью параметров спектрографа НЭС и высокой точностью измерений;

• результаты исследования источника AFGL2688 в части определения лучевой скорости оболочки, потерянной на стадии асимптотической ветви гигантов — результатами Бэккера и др. (1997), полученными по спектру циана;

• результаты исследования источника AFGL 2688 в части определения скорости ветра на стадии после асимптотической ветви гигантов — результатами Янг и др. (1992), полученными в миллиметровом диапазоне;

• результаты исследования источника AFGL 2688 в части разделения спектрополяриметрическим методом спектра фотосферы и спектра оболочки — совпадением параметров оболочки, полученных по различным спектральным деталям.

Научная, методическая и практическая значимость работы.

• Ценность имеет, прежде всего, спектральный материал высокого качества, полученный для уникальных слабых объектов, демонстрирующих спектральную переменность.

• Практическую ценность имеют списки отождествления и параметры линий в спектрах пекулярных сверхгигантов различной природы.

• Научную значимость представляют определенные в работе фундаментальные параметры звездных объектов, оптических компонентов ИК-источников: эффективная температура, светимость, металличность и распространенность химических элементов, а также параметры атмосферной турбуленции, скорость расширения и структура околозвездных оболочек.

• Методическую и практическую ценность имеют результаты исследования основных характеристик эшелле-спектрографов высокого разрешения в фокусе Нэсмита 6-м телескопа, позволяющие оптимально организовать подготовку и выполнение значительной части наблюдательных программ.

• Методическую и практическую ценность представляют алгоритмы обработки эшелле-спектров высокого спектрального разрешения, полученных в спектрополяриметрической моде, что обеспечивает возможность извлечения сведений о 4-х параметрах Стокса.

• Методическую и практическую ценность представляют первые спек-трополяриметрические наблюдения с высоким спектральным разрешением, выполненные в главном фокусе БТА, послужившие обоснованием для разработки проекта спектрополяриметра с эшелле.

• Методическую ценность имеет и то обстоятельство, что в рамках отдельной работы удалось реализовать все компоненты современного спектроскопического исследования: исследование и совершенствование спектральной аппаратуры, развитие и создание новых методов обработки наблюдений, выполнение рядов наблюдений, позиционные и фотометрические измерения спектров пекулярных объектов, применение метода моделирования звездных атмосфер, анализ данных с привлечением наблюдений, выполненных в других диапазонах длин волн (ИК-и радиодиапазонах).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты спектроскопического мониторинга пекулярного гипергиганта V1302 Aql (источника IRC+10 420). Изучение многолетних (вековых) изменений спектрального класса объекта. Обнаружение эффектов стратификации излучения в газопылевой оболочке звезды. Интерпретация красного смещения фотосферных линий относительно положений, соответствующих скорости центра звезды, эффектами рассеяния в расширяющейся оптически толстой пылевой оболочке.

2. Результаты спектроскопических и спектрополяриметрических наблюдений с высоким спектральным разрешением биполярной туманности AFGL2688 — объекта на стадии post-AGB. Разделение спектров фотосферы и оболочки, определение скорости истечения оболочки, потерянной еще на стадии AGB. Интерпретация морфологических особенностей и уточнение эволюционного статуса объекта.

3. Обнаружение переменности оптического спектра звезды, ассоциированной с ИК-источником IRAS 1 005+7910. Обнаружение эволюционных изменений химического состава атмосферы центральной звезды объекта IRAS 1 005+7910.

4. Результаты исследования позиционных и фотометрических характеристик эшелле-спектрографов высокого разрешения фокуса Нэсмита 6-м телескопа. Создание алгоритмов обработки спектрополяриметрических наблюдений с эшелле-спектрографами, с целью определения 4-х параметров Стокса.

Апробация результатов.

Результаты диссертации представлены:

• на семинарах:

Лаборатории спектроскопии звезд САО;

Специальной астрофизической обсерватории РАН;

Обсерватории Риттер университета г. Толедо, Огайо, США;

Национальных астрономических обсерваторий Академии наук КНР;

• на международных конференциях:

JENAM-2000 (г. Москва, 2000);

Переменные звезды" (г. Одесса, 2001);

Экзотические звезды" (Флорида, США, 2002);

На съезде Американского Астрономического Общества (Вашингтон, США, 2002) — «Химическая и динамическая эволюция звезд и галактик» (г. Одесса, 2002).

Результаты диссертации опубликованы в 10 работах.

Личный вклад автора.

Автору принадлежат:

• разработка методов редукции спектрополяриметрических наблюдений на эшелле спектрографах, с целью определения 4-х параметров Стокса;

• результаты анализа кинематической структуры оболочки IRC+10 420;

• результаты анализа движений в оболочке AFGL2688, зарегистрированных в оптическом диапазоне.

В следующих результатах вклады соавторов равны:

• результаты исследования позиционных и фотометрических характеристик эшелле спектрографов высокого разрешения, стационарно установленных на БТА;

• результаты анализа вековых изменений в оптическом спектре IRC+10 420;

• разделение оптических спектров звезды и оболочки объекта AFGL 2688, выполненное по спектральным и спектрополяриметрическим наблюдениям рекордного качества;

• результаты анализа переменности профилей линий в оптическом спектре IRAS 1 005+7910;

• результаты спектроскопических и спектрополяриметрических наблюдений на БТА объектов IRC+10 420, AFGL 2688, IRAS 1 005+7910, и соответствующих стандартных объектов;

• результаты определений фундаментальных характеристик звездных атмосфер, выполненных по спектрам исследованных объектов.

Структура и объем диссертации

.

Работа состоит из Введения, 4-х глав и Заключения, всего 182 стр, 42 рисунка, 11 таблиц.

Список литературы

включает 217 ссылок.

Во Введении дается краткая характеристика проблемы спектроскопического исследования особенностей химического состава, морфологии и динамики околозвездных оболочек у сверхгигантов с ИК-избытками. Обоснована актуальность темы, перечислены результаты, выносимые на защиту, и работы, где эти результаты опубликованы.

В первой главе представлены избранные результаты исследований основных характеристик двух эшелле-спектрографов нового поколения, стационарно расположенных на б-метровом телескопе БТА. Описана техника наблюдений и даны образцы наблюдательного материала. Рассмотрены вопросы развития спектрографов, в частности, показано, что схема спектрографа РЫСЬ позволяет увеличить число одновременно передаваемых элементов спектра в 3−4 раза (Панчук и др., 2002в). Показано, что светосила спектрографов РЫСЬ и НЭС по потоку может быть увеличена в 2 раза. Дана характеристика разработанных автором алгоритмов редукции спек-трополяриметрических наблюдений, аттестованных по результатам наблюдений стандартов поляризации. Описана методика спектрополяриметриче-ских наблюдений в главном фокусе БТА, на эшелле-спектрографе PFES, переоборудованном в спектрополяриметр (Панчук и др., 2001а).

Вторая глава посвящена исследованию уникального объекта — гипергиганта V1302Aql (IRC+10 420), одного из ярчайших OH/IR-источников. По первым наблюдениям в середине 70-х спектральный класс был определен как F8-G0Ia. Для объяснения наличия мазерных источников в окрестностях столь горячего объекта была выдвинута гипотеза об образовании мощной газопылевой оболочки еще на стадии М-сверхгиганта с последующей быстрой эволюцией IRC+10 420 влево по диаграмме Герцшпрунга-Рессела.

Спектроскопический мониторинг IRC-f 10 420 проводился на 6-м телескопе с 1992 г., анализ спектров позволил сделать ряд выводов:

• За последние 20 лет эффективная температура объекта существенно повысилась, спектральный класс изменился с F8 до А2, современный темп увеличения температуры фотосферы составляет ~ 160 К за год.

• При солнечном содержании элементов группы железа наблюдается дефицит углерода и избыток азота, типичные для молодых массивных сверхгигантов диска.

• IRC+10 420 является массивной звездой (до 40 М©-) на короткой и поэтому редко наблюдаемой эволюционной стадии, переходной от OH/IR звезды к звезде типа LBV или WR.

Третья глава посвящена еще одному примеру объекта, эволюционирующего «на глазах» — малоизученной звезде, отождествляемой с ИК-источником IRAS 1 005+7910. В спектрах IRAS 1 005+7910, полученных на 6-м телескопе, обнаружены абсорбционные линии Сн/ш, О II, Nil, А1 III, Sill/ill и линия Mgll Л4481 А, эмиссионные детали, отождествляемые с линиями Sill и запрещенными линиями [Fell]. В профилях линий водорода серии Бальмера, резонансных линий дублета Nal, линий Hel и Fein присутствуют как эмиссионные, так и абсорбционные компоненты. Обнаружена переменность профилей линий Hi, Hel и Nal на временных интервалах от нескольких суток до года. У линии На время от времени появляется вторичная эмиссионная компонента, у линии Н/3 вторичная эмиссионная компонента сменяется абсорбцией. Линии Не I обладают весьма разнообразными типами профилей от прямого до обратного Р Cyg, причем на одном спектре разные линии гелия могут иметь различные типы профилей, меняющиеся от спектра к спектру. С разрешением R ~ 60 000 удалось выделить пять абсорбционных компонент резонансного дублета Nal, со скоростями — 11км/с, —28 км/с, —52 км/с, —65 км/с и —73км/с, причем абсорбционный профиль линии А5890А наложен на переменную широкую высокоскоростную эмиссионную компоненту, ширина которой совпадает с шириной эмиссионных компонент водородных линий. Обнаружена корреляция лучевых скоростей (Vr) абсорбционных линий с силами осцилляторов (loggf), причем наклон зависимости скорости от силы осцилляторов меняется от спектра к спектру. Слабые линии с малыми силами осцилляторов показывают значимо меньшую амплитуду изменения лучевой скорости в сравнении с сильными линиями. Определены параметры атмосферы и распространенность химических элементов в атмосфере звезды, Те$ = 21 500 К, logg = 3.0, & = 15км/с, [Fe/H]= -0.31, [C/Fe]= +0.08, [N/Fe]= +0.04, [0/Fe]= —0.32, что согласуется с принадлежностью объекта к группе углеродных PPN и исключает статус нормального сверхгиганта. Масса и светимость IRAS 1 005+7910 составляют 0.57 М©и 4×103L©, соответственно.

В четвертой главе представлены результаты спектроскопических и спектрополяриметрических наблюдений на 6-м телескопе объекта с рекордным значением линейной поляризации — биполярной туманности AFGL 2688. Оптическое изображение туманности состоит из двух эллиптических лепестков различающейся яркости, центральный объект, освещающий лепестки, скрыт от наблюдателя темной перемычкой. Оптический спектр лепестков включает совокупность спектров, сформированных в движущихся медленной (потерянной на стадии AGB) и быстрой (теряемой на стадии post-AGB) оболочках, а также излучение фотосферы центральной звезды, рассеянное на движущейся пылевой компоненте туманности. При исследовании вращательной структуры голов полос Сг обнаружено различие условий формирования в оболочке отдельных групп вращательных линий. Обнаружена сложная структура абсорбционных компонент и надежно выявлены эмиссионные компоненты линий резонансного дублета натрия. Из спектрополяриметрических наблюдений получено, что спектр в области полос системы Свана состоит только из двух компонент: фотосферного спектра F-сверхгиганта, поляризованного на пылевой компоненте (р = 55%), и неполя-ризованных эмиссионных полос. На основе спектроскопических и спектрополяриметрических наблюдений, с привлечением результатов наблюдений с высоким угловым разрешением, данных спектроскопии в ИК и радиодиапазонах, предложена схематическая модель оболочки, главной особенностью которой является пониженное количество пыли, причем пыль сосредоточена только в узких джетах и, возможно, в квазиконцентрических дугах, где подсвечивается центральной звездой. Угол наклона оси, соединяющей центры лепестков, к плоскости изображения, составляет 7°, скорость расширения пыли в оптических лепестках туманности составляет 40 км/с. Туманность погружена в расширяющуюся (23 км/с) газовую оболочку, потерянную на стадии AGB. В оптике эта оболочка проявляет себя в PCyg профиле линий резонансного дублета натрия, в эмиссионных полосах молекулы Сг, возбуждаемых излучением центральной звезды, в абсорбционных полосах С2, в большом числе квазиконцентрических дуг. Химический состав атмосферы звезды (Клочкова и др., 2000а), оценки химического состава оболочки (Нгуен-Ку-Риеу и Биеджинг, 1990; Жаминэ и др., 1992), оценки количества потерянного вещества (Кнэп и Моррис, 1985) — позволяют считать, что звезда — предшественница была достаточно массивной 8М0). Сделан вывод, что в процессе перехода в стадию post-AGB химический состав атмосферы центрального объекта AFGL 2688 изменился, вскрыты слои звездной оболочки, прошедшие переработку в CN-цикле.

В Заключении сформулированы основные выводы работы и намечены актуальные направления дальнейших исследований сверхгигантов с ИК~ избытками.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Клочкова В. Г., Ермаков С. В., Панчук В. Е., Таволжанская Н. С., Юш-кин М. В. Спектральный комплекс фокуса Нэсмит 6-м телескопа БТА. II. Позиционные и фотометрические характеристики эшелле-спектрографа с большим диаметром коллимированного пучка // 1999, Препринт САО № 137.

2. Клочкова В. Г., Ермаков С. В., Панчук В. Е., Таволжанская Н. С., Юш-кин М. В. Спектральный комплекс фокуса Нэсмит 6-м телескопа БТА. II. Позиционные и фотометрические характеристики эшелле-спектрографа Рысь // 2001, Препринт САО № 152.

3. Панчук В. Е., Клочкова В. Г., Юшкин М. В., Романенко В. П., Найденов И. Д., Ермаков С. В. Э шелле-спектрополяриметр первичного фокуса БТА // 2001, Препринт САО № 159.

4. Панчук В. Е., Клочкова В. Г., Романенко В. П., Найденов И. Д., Ермаков С. В., Юшкин М. В. Спектральный комплекс фокуса Нэсмит 6-м телескопа БТА. IX. Светосильный эшелле-спектрополяриметр// 2001, Препринт САО № 160.

5. Клочкова В. Г., Юшкин М. В., Ченцов Е. Л., Панчук В. Е. Эволюционные изменения в оптическом спектре пекулярного сверхгиганта IRC+10 420 // 2002, Астрон. журн., т. 79, № 2, с. 158.

6. Miroshnichenko A.S., Bjorkman K.S., Klochkova V.G., Panchuk V.E. and Yushkin M.V. High-resolution spectropolarimetry with the 6-meter Russian telescope () 2002, Bull. Amer. Astron. Soc., vol. 33, № 4, p. 1465.

7. Klochkova V.G., Yushkin M.V., Miroshnichenko A.S., Panchuk V.E. and Bjorkman K.S. Discovery of spectral variation in the optical counterpart of IRAS01005+7910 // 2002, Astron. Astrophys., vol. 392, p. 143.

Введение

17.

8. Панчук В. Е., Клочкова В. Г., Юшкин М. В. Протопланетарная туманность AFGL 2688: эволюция модельных представлений // 2002, Препринт С АО № 168.

9. Панчук В. Е., Пискунов Н. Е., Клочкова В. Г., Юшкин М. В., Ермаков С. В. Спектральный комплекс фокуса Нэсмит 6-м телескопа БТА. X. Позиционные и фотометрические характеристики кварцевого эшелле-спектрографа НЭС с крупноформатной матрицей ПЗС Ц 2002, Препринт САО № 169.

10. Панчук В. Е., Клочкова В. Г., Пискунов Н. Е., Монин Д. Н., Юшкин М. В., Ермаков С. В., Найденов И. Д. Комплекс аппаратуры для спектроскопических исследований звезд на 6-метровом телескопе БТА // 2002, Препринт САО № 170.

4.7 Выводы к четвертой главе.

Источник, около 30 лет назад считавшийся парой двойных компактных голубых галактик IVZw67, находящихся на расстоянии ЗОМпк (Кароцци и др., 1974), сегодня уверенно отождествляется со звездой, перешедшей в стадию post-AGB около 200 лет назад. Основанием для такого вывода послужили спектроскопические наблюдения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Увеличение углового разрешения привело к отказу от осесимметричных моделей. Поляриметрические и спектрополяриметри-ческие наблюдения в оптическом диапазоне поставили под сомнение справедливость классических моделей газопылевой оболочки.

На основании спектроскопических (с разрешением R = 80 000) и спек-трополяриметрических (R = 15 000) наблюдений на 6-метровом телескопе впервые разделены детали фотосферного и околозвездного происхождения в оптическом спектре биполярной протопланетарной туманности.

Спектроскопия и спектрополяриметрия объекта AFGL 2688 164.

AFGL 2688. Проведено отождествление абсорбционных деталей фотосферного спектра (около 200 линий в диапазоне 4650−6050АА), измерены лучевые скорости. Разрешена вращательная структура голов эмиссионных полос системы Свана молекулы С2. Выделена PCyg составляющая профиля линий резонансного дублета натрия, формирующаяся в оптических лепестках туманности. По спектрополяриметрическим наблюдениям измерена линейная поляризация в диапазоне 5000−6600АА. Установлено, что эмиссия в линиях резонансного дублета натрия и полосы системы Свана формируется в оболочке, причем механизмом возбуждения полос является резонансная флуоресценция. Обсуждаются опубликованные результаты многочисленных наблюдений AFGL 2688 в оптическом, инфракрасном, субмиллиметровом и сантиметровом диапазонах. По совокупности опубликованных ранее и новых наблюдений в оптическом диапазоне — предложена кинематическая схема туманности. Оболочка, потерянная на стадии AGB, расширяется со скоростью 23 км/с. В туманности наблюдаются движения со скоростями 40 км/с, характерные для стадии post-AGB. Угол наклона главной оси туманности, соединяющей оптические лепестки, к картинной плоскости составляет 7°. Масса центральной звезды равна 1.2 М©-, светимость — 4×104 Lq. Сравнение результатов определения химического состава центральной звезды и оболочки позволяет предположить, что при потере вещества на стадии post-AGB вскрыты слои звездной оболочки, прошедшие переработку в CN-цикле. Сделан вывод о большой массе звезды-предшественницы AFGL 2688.

Заключение

.

В данной работе выполнен анализ оптических спектров трех объектов, представляющих различные группы звезд высокой светимости на кратковременной стадии эволюции. Ускорение эволюции связано с перестройкой энергетического баланса звезды, сопровождающейся потерей массы. Эффективная потеря массы связана с образованием пыли, поэтому феноменом, объединяющим исследованные объекты, является наличие инфракрасного избытка. Основным параметром, определяющим различие эволюционного пути изученных объектов, является их начальная масса.

Поглощение оптического излучения в околозвездной пылевой оболочке приводит к тому, что детальные исследования оптических спектров быстро эволюционирующих звезд возможны только на крупных телескопах. Поэтому первым ключевым моментом работы является исследование и развитие аппаратурно-методических возможностей спектрографов высокого разрешения, установленных на БТА.

Наличие пылевых оболочек и понижение уровня симметрии картины потери вещества на стадии «после асимптотической ветви гигантов» должно приводить к поляризационным эффектам, которые необходимо выявить в относительно узких спектральных деталях (т.е. при невысоких скоростях потери вещества). Поэтому вторым ключевым моментом работы является развитие спектрополяриметрических возможностей БТА в область высокого спектрального разрешения.

Уже на стадии асимптотической ветви гигантов темп потери вещества немонотонный, с характерными временами, сопоставимыми с возможностями продолжительного спектроскопического мониторинга. Поэтому третьим ключевым моментом является выполнение регулярных наблюдений избранных объектов.

Соблюдая эти три основные условия, в рамках данной работы удалось выполнить:

• исследование позиционных и фотометрических характеристик эшелле спектрографов высокого разрешения, стационарно установленных на БТА;

• разработку методов редукции спектрополяриметрических наблюдений на эшелле спектрографах, с целью определения 4-х параметров Стокса;

• неоднократные наблюдения объектов IRC+10 420, IRAS 1 005+7910, AFGL 2688 и звезд-стандартов;

• обработку спектроскопических и спектрополяриметрических наблюдений на БТА объектов IRC+10 420, AFGL 2688, IRAS 1 005+7910, и соответствующих стандартных объектов;

• анализ вековых изменений в спектре IRC+10 420;

• анализ кинематической структуры оболочки IRC+10 420;

• анализ переменности профилей линий в спектре IRAS 1 005+7910;

• разделение оптических спектров звезды и оболочки объекта AFGL 2688;

• анализ движений в оболочке AFGL 2688, зарегистрированных в оптическом диапазоне;

• определение фундаментальных характеристик звездных атмосфер исследованных объектов;

• определение эволюционного статуса исследованных объектов. Перспективы.

В данной работе показано, что комплекс спектральной аппаратуры высокого разрешения, в развитии возможностей которого автор принял активное участие, соответствует уровню поставленной задачи исследования объектов на кратковременных эволюционных стадиях, и позволяет сохранить за 6-метровым телескопом лидирующую позицию в этой области. Выявлены дополнительные ресурсы спектральной аппаратуры высокого разрешения, что означает возможность исследования новых, более слабых объектов. Очевидной является необходимость распространения спектроскопического мониторинга на более обширный круг объектов. На конкретных примерах показано, что широкое внедрение на БТА методов спектрополяриметрии с высоким спектральным разрешением, позволяющих регистрировать 4 параметра Стокса, открывает возможности решения широкого класса астрофизических задач. В работе продемонстрированы достоинства всеволнового (Шкловский, 1982) подхода к изучению объектов, сочетающих в себе широкий набор физических условий (от плотности вырожденного ядра до плотности, граничащей с плотностью МЗС). В частности, привлечение радиоастрономических методов позволяет определять системные скорости и устанавливать различия в химическом и изотопном составах медленной и быстрой оболочек. В сочетании с возможностями определения химического и изотопного состава атмосфер это означает наступление периода экспериментальной проверки теории эволюции звезд на продвинутых стадиях.

Благодарности.

Выполнение данного исследования стало возможным благодаря обучению в аспирантуре Специальной астрофизической обсерватории РАН, в сочетании с работой в составе Лаборатории спектроскопии звезд (ЛСЗ) САО.

Благодарю зав. ЛСЗ В. Г. Клочкову за предложенную тему исследования, научное и административное руководство работой.

Выражаю признательность научному консультанту В. Е. Панчуку за обучение элементам практической спектроскопии на БТА.

Благодарен коллективу Лаборатории спектроскопии звезд за конкретную помощь и благоприятную рабочую обстановку для успешного выполнения сложных исследований в короткие сроки.

Искренне благодарен всем соавторам.

Работа выполнена в рамках темы плана НИР САО «Спектроскопическое исследование звезд с оболочками» .

Работа выполнена при финансовой поддержке:

Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 99−218 339 и 02−02−16 085),.

Федеральной целевой программы «Астрономия» (проекты 1.4.1.1 и 2.1.5.5),.

Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF, проект RP1−2264).