Фотометрія та поляриметрія затемнюваних систем, що містять субгіганти

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. І.І. МЕЧНИКОВА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата астроомічних наук

ФОТОМЕТРІЯ ТА ПОЛЯРИМЕТРІЯ ЗАТЕМНЮВАНИХ СИСТЕМ, ЩО МІСТЯТЬ СУБГІГАНТИ

Спеціальність: Астрофізика та радіоастрономія

Антонюк Кирило Анатолійович

Одеса, 2004 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Найбільш цікаві і несподівані відкриття у світі зірок за останні п'ятдесят років зроблені в області вивчення подвійних зір. Завдяки тому, що вони є унікальним джерелом наших знань про основні фізичні характеристики зірок, подвійні - об'єкт постійної уваги і долучення до різних астрофізичних проблем. Тісні подвійні системи (далі ТПС) дуже багатоликі за своїми характеристиками. Без дослідження їхніх властивостей неможливо пояснити багато процесів, що спостерігаються у нестаціонарних зірок.

Вивчення шляхів еволюції зірок також показало, що найбільш цікавий і різноманітний шлях розвитку спостерігається саме у ТПС. Тільки при наявності подвійності у зірок може бути пояснений весь спектр спостерігаємих звичайних та аномальних представників зоряного населення. Це результат еволюційного розвитку, який за екстремальних умов, що спостерігаються в ТПС, є швидким, а іноді і катастрофічним.

Розвиток теорії еволюції зірок та тенденція, що чітко позначилася і за допомогою якої можливо пояснити властивості як звичайних, так і релятивістських зірок, ставлять задачею першочергової важливості узгодження теоретичних даних із спостереженнями. Особливо це актуально при вивченні перехідних стадій розвитку зірок, до яких належать стадія обміну речовиною в системі та залишення зіркою головної послідовності на діаграмі Герцшпрунга-Рессела.

Адже саме на цій фазі вирішується питання про шляхи подальшого розвитку зірок. Одержання зірками в ході еволюції особливостей, що не дозволяють застосувати прийняті теоретичні моделі, втрата та придбання при обміні тієї чи іншої маси, неврахованої в теорії, може перекреслити або вточнити багато побудов і гіпотез.

Основним джерелом інформації про зірки є затемнювані подвійні системи (фотометрично та спектрально подвійні). Тільки для таких систем після всебічного аналізу отриманого нами потоку випромінювання можна визначити всі характеристики випромінюючого об'єкта, такі як маси, світності, радіуси і т. ін.

Актуальність роботи. Дослідження подвійних за допомогою методів фотометрії і, особливо, поляриметрії викликані самими фізичними умовами, що спричиняють виникнення в затемнених подвійних системах, до складу яких входить субгігант, джерела змінної лінійної поляризації. Механізмом виникнення такої поляризації служить розсіювання світла в газовій оболонці, яка утворюється в результаті обміну речовиною між компонентами системи. Аналіз зміни поляризації з фазою орбітального періоду надає інформацію про геометричні властивості оболонки та про особливості розподілу речовини в ній. Це дає можливість локалізувати розташування й орієнтацію газових потоків і струменів.

Також актуальність поляриметрії для затемнюваних систем обумовлена тим, що рішення кривої блиску у випадку систем із субгігантом, у яких газова оболонка впливає на фотометричну змінність, деформує форму мінімумів. З цієї причини пряме застосування традиційних методів приводить дуже часто до свідомо нереальних рішень.

Саме для таких систем поляриметричні спостереження можуть служити дуже важливим додатковим методом, що дозволяє отримати для кожної досліджених зірок максимум достовірної інформації.

Необхідно відзначити, що інформація, визначена з поляриметрії, заснована на аналізі добре вивченого фізичного процесу розсіювання світла, а тому не потребує більше ніяких припущень про природу і властивості компонентів системи.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Усі дослідження в даній роботі проводилися відповідно до наукових планів НДІ "Астрономічна обсерваторія" Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова: "Періодичні та аперіодичні процеси у подвійних та гігантських пульсуючих зірок" рег. №0197U000465, "Дослідження кінематики та фізики подвійних зірок" рег. №0100U002873 та Лабораторії фізики зірок і галактик НДІ "Кримська астрофізична обсерваторія": "Фотометрія і поляриметрія тісних подвійних систем на пізніх стадіях єволюції" рег. №0101U002225.

Мета і задачі дослідження.

1. Вивчення затемнюваних подвійних систем на стадії обміну масами або еволюційно близьким до них, виявлення відмінностей у зірок даного класу, що знаходяться на близьких стадіях еволюції;

2. Уточнення класифікаціі окремих вивчаємих затемнюваних подвійних зірок;

3. Вивчення будови навколозоряних газових структур у різних (але близьких) типів затемнюваних подвійних систем, а також визначення взаємозв'язків характеристик цих утворень із процесами переносу речовини.

Багато що з цих даних можна отримати з фотометричних і поляриметричних досліджень ТПС. Тому в даній роботі поставлено задачу вирішити низку питань стосовно систем, що мають трохи різний еволюційний статус.

Для дослідження обрана група об'єктів, що належать до розділених систем із субгігантом, у яких не повинно відбуватися обміну речовиною через внутрішню точку Лагранжа, і напіврозділені системи із субгігантом, що близькi до тих, у яких цей процес проходить.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Отримані великі ряди нових фотометричних та поляриметричних спостережень. Для більшості з досліджених зірок це зроблено вперше;

2. Вперше, за оригінальними спостереженнями, отримані значення власної поляризації для систем VW Cyg і V393 Cyg. Для RY Per це значення було уточнено;

3. Були уточнені фотометричні елементи для CD And, DG Per, ZZ Cnc, RX Arі, BW Cas, AT Mon та ІY Aur;

4. Була зроблена перекласифікація системи VW Cyg.

Апробація результатів дисертації. Результати, представлені в дисертації, доповідалися на міжнародних конференціях:

- "4-а відкрита конференція молодих вчених по астрономії та космічній фізиці" (Київ, Україна, 1997);

- "Varіable Stars" (Odessa, Ukraіne, 1997);

- "Іnteractіng Bіnary Stars" (Odessa, Ukraіne, 2003);

- "Photopolarіmetry іn Remote Sensіng" (Yalta, Ukraіne, 2003) на семінарах Лабораторії фізики зірок і галактик КрАО та семінарах астрономічної обсерваторії Одеського національного університету.

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 6 статтях у наукових журналах.

Структура і зміст дисертації.

Дисертація містить вступ, чотири глави, висновок, список літератури та додатки. Загальний обсяг дисертації складає 150 сторінок, включаючи 123 сторінки тексту, які включають 36 малюнків та 14 таблиць, список цитованої літератури з 128 бібліографічних найменувань.

2. ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У Вступі розглянута актуальність теми, сформульовані задачі та мета, зазначені новизна отриманих результатів, їх апробація, наведено список публікацій здобувача по темі дисертації. Дисертація заснована на оригінальних спостереженнях ряду затемнюваних подвійних систем, отриманих у НДІ “Кримська астрофізична обсерваторія” й астрономічнiй обсерваторії Одеського національного університету.

У Главі 1 викладені основи теорії ТПС. Вводиться поняття еквіпотенційних поверхонь. Розглядається питання обміну речовиною в тісних подвійних системах і вплив переносу мас у системах на орбітальні параметри. Наводяться основні класифікаційні схеми. Докладно розглянута класифікація, запропонована Свєчніковим. Вона використовує положення зірок на діаграмі Герцшпрунга-Рессела та ступінь заповнення ними своїх порожнин Роша. Розглядаються деякі аспекти еволюції таких систем.

Також тут розглядаються деякі методи рішення кривих блиску затемнюваних систем. Зокрема докладно розглядається алгоритм синтезу теоретичних кривих блиску в моделі Роша. Він подібний відомому алгоритму Вiлсона, що широко застосовується для дослідження кривих блиску ТПС.

Основна ідея методу синтезу кривих блиску полягає в тому, що складні припливно-викривлені поверхні зірок розбиваються на тисячі елементарних площадок, для кожної з який обчислюється вихідне випромінювання. Далі внески площадок сумуються з урахуванням видимості площадок на зірці в різних фазах орбітального періоду, а також з урахуванням затемнень.

Передбачається, що зірки з тонкими атмосферами рухаються навколо загального центра мас системи по еліптичних орбітах. Форма кожної зірки описується еквіпотенцiальною поверхнею в моделі Роша.

Враховуються ефекти гравітаційного потемніння, потемніння до краю, а також ефект прогріву атмосфери зірки падаючим випромінюванням супутника (ефект "відбиття"). Частина параметрів може бути зафіксована з урахуванням наявної інформації про систему. Докладний опис алгоритму міститься в роботі Антохіної.

У Главі 2 наведені поняття і характеристики розсіяного випромінювання. Розглядаються питання статистичних властивостей параметрів поляризації, впливу фона неба, обліку інструментальної поляризації, обліку впливу міжзоряної поляризації.

Також розглядаються властивості поляризації випромінювання подвійних зірок з газовими оболонками.

Показано, що основною причиною, яка обумовлює виникнення в ТПС лінійної поляризації, є розсіювання світла в газовій оболонці. Спочатку неполяризований фотон, після розсіювання на елементарній частці (вільному електроні або атомі), змінює свій напрямок і стає лінійно поляризованим. Оскільки поляризовані кванти, що зазнали розсіювання, будуть давати деякий внесок у загальний потік квантів від зірки, її випромінювання буде мати невелику, але помітну власну лінійну поляризацію.

У загальному випадку ця поляризація буде змінною з фазою орбітального періоду, і вигляд цієї змінності буде залежати від розподілу речовини і зони випромінювання в оболонці, а також від орієнтації подвійної системи вiдносно Землі. Визначення цих властивостей за допомогою поляриметрії є важливим додатковим засобом дослідження взаємодіючих подвійних. У багатьох випадках поляриметрія може надати інформацію, яку буває важко одержати зі спектральних чи фотометричних спостережень.

У Главі 3 наводяться результати фотографічних спостережень наступних систем: CD And, DG Per, ZZ Cnc, RX Arі, BW Cas, AT Mon та ІY Aur. Зірки вивчалися по фотографічних пластинках, отриманих за допомогою семикамерного астрографа, розташованого на спостережній станції Одеської обсерваторії в с. Маяки. Вимірювалися пластинки, зняті як у фотографічній (pg), так і у фотовізуальній (pv) системах.

Виміри проводилися візуально методом Нейланда-Блажко. Блиск зірок порівняння визначався за стандартами, що потрапляли на ту ж пластинку, що і змінна, за допомогою мікрофотометра МФ-2. Ряди спостережень охоплюють інтервал тривалістю близько 30 років. Для всіх зазначених зірок отримані уточнені фотометричні елементи і з ними побудовані фазові криві. Для деяких з них уточнені чи вперше отримані більш тонкі параметри, такі, як ширина головного мінімуму.

У Главі 4 наведені результати фотополяриметричних спостережень трьох затемнюваних подвійних систем: RY Per, VW Cyg, V393 Cyg. Наведено опис UBVRІ фотометра-поляриметра Гельсінського університету, встановленого на телескопі АЗТ-11 Кримської астрофізичної обсерваторії. Аналізатором поляризації в ньому служить пластина з кальциту (ісландського шпату), яка встановлена перед вхідними діафрагмами. Ця пластина розділяє світловий пучок на дві паралельно зміщені складові з взаємно ортогональною лінійною поляризацією, кожна з яких будує своє зображення об'єкта (зірки) у відповідній діафрагмі. Відразу за діафрагмою встановлений модулятор, який по черзі з частотою 32 Гц перекриває то одну, то іншу діафрагму. Світло крізь діафрагми і модулятор надходить до блоку світлоприймача, де за допомогою дихроїчних інтерференційних відбивачів розщеплюється на п'ять пучків, що падають на відповідні фотопомножувачі.

Для кожного з них у системі реєстрації знаходяться два лічильники імпульсів, що переключаються синхронно з відкриттям однієї чи іншої діафрагми. Для виміру двох параметрів Стокса, що описують лінійну поляризацію, необхідно повертати площину поляризації вимірюваного випромінювання за допомогою обертової фазової пластинки в половину довжини хвилі.

Така пластинка, встановлена перед аналізатором, після кожної експозиції з заданим часом T повертається на 8 = 22.5, що відповідає повороту площини поляризації на 45.

Весь цикл вимірів складається з восьми експозицій, протягом яких пластинка 2 повертається на 180, а площина поляризації - на 360.

Крім того, робляться необхідні виміри фону неба поруч з об'єктом. Аналіз п'ятикольорових поляризаційних спостережень затемнюваної подвійної системи RY Per дав можливість зробити наступні висновки:

1. Зміни параметрів лінійної поляризації під час затемнення, викликані збільшенням частки розсіяного газовою оболонкою світла, дозволили розділити міжзоряну та власну складові спостережуваної поляризації;

2. Ступінь власної поляризації системи поза затемненням досягає максимуму (0.23%) у смузі B і швидко зменшується з ростом довжини хвилі. Така спектральна залежність величини поляризації подібна до тієї, що спостерігається у Ве-зірок з оптично товстими оболонками, та свідчить про наявність у системі оптично товстого шару;

3. Сумарна маса оптично тонкого газу в системі RY Per (нижня межа) складає близько 10^-10 М, а повна маса оболонки повинна бути в кілька разів більше;

4. Визначено нахил площини орбіти подвійної системи до площини Галактики.

Для подвійної системи VW Cyg були отримані надійні фотоелектричні криві блиску в п'ятьох смугах, якi показали, що в головному мінімумі продовжується послаблення блиску (у короткохвильовій області) і після другого контакту. Цей факт інтерпретований як одне з свідоцтв наявності в системі газових структур. Факт обміну речовиною між компонентами системи підтверджується також залежністю О-С, для побудови якої були використані літературні дані, що охоплюють майже сто років.

Аналіз поляризаційних спостережень дозволив зробити висновок, що значення поляризації на фазах, що відповідають головному мінімуму, і в незатемнених частинах розрізняються. Зміни поляризації на фазах головного мінімуму обумовлені ефектом контрасту - зростанням внеску розсіяного на оптично тонкому шару газу поляризованого випромінювання. Вдалося розділити власну (0.30 ± 0.02%) та міжзоряну компоненти поляризації.

Було проведене рішення UBVRІ-кривих блиску VW Cyg. Воно проводилося з використанням алгоритму синтезу теоретичних кривих блиску в моделі Роша. Отримано добре узгодження теоретичних кривих зі спостереженнями у фільтрах V, R, І, глибини мінімумів, що спостерігаються, у фільтрах U, B більші, ніж теоретичні. Імовірно, це зв'язано з впливом наявних у системі газових потоків.

Усе вищезгадане говорить про те, що затемнювана подвійна система VW Cyg належить до класу напіврозділених систем, і субгігант, який входить у цю пару, заповнює свою порожнину Роша. Віднесення цієї системи до типу розділених систем можна вважати помилковим. Для системи V393 Cyg у результаті аналізу поляриметричних спостережень було показано, що в ній практично відсутній оптично тонкий шар. Швидше за все, субгігант ще далекий від заповнення своєї порожнини Роша, й обмін речовиною між компонентами системи V393 Cyg практично відсутній.

ВИСНОВКИ

Дисертація присвячена вивченню затемнюваних подвійних систем на стадії обміну масами, або еволюційні близьким до них. Було проведене вивчення як властивостей випромінювання, розсіяного навколо зоряних газових оболонок, так і фізичних властивостей самих цих об'єктів. У рамках представленої роботи виконані широкі програми поляриметричних і фотометричних спостережень затемнюваних подвійних зірок. Виявлені та вивчені невідомі раніше поляриметричні та фотометричні властивості ряду затемнюваних систем, до складу яких входить субгігант.

За фотографічними спостереженнями, що засновані на оригінальних вимірах, зроблених по одеській колекції знімків неба, для всіх зазначених зірок (CD And, DG Per, ZZ Cnc, RX Arі, BW Cas, AT Mon і ІY Aur) отримані уточнені фотометричні елементи. Для деяких з них уточнені або вперше отримані більш тонкі параметри, такі як ширина головного мінімуму. Проведено пошуки зміни періоду, і такий зміни виявлено у затемнюваної системи ZZ Cnc.

Аналіз п'ятикольорових поляризаційних спостережень ряду затемнюваних подвійних систем (RY Per, VW Cyg, V393 Cyg) дозволив одержати унікальну інформацію про газові структури в цих системах. Для них, у більшості випадків, вдалося розділити власну та міжзоряну поляризацію, що саме по собі є цікавою задачею. Для деяких з них (VW Cyg, V393 Cyg) дана інформація отримана вперше.

Проведене моделювання показало гарну згоду між даними, отриманими за результатами поляриметричних та фотометричних спостережень. Це свідчить на користь необхідності застосування поляриметріі при всебічному вивченні затемнюваних подвійних зірок.

Автор хотів би ще раз підкреслити важливість поляриметріі при дослідженні взаємодіючих подвійних. Представлені в дисертації результати виразно демонструють той факт, що поляриметричні спостереження взаємодіючих подвійних дійсно здатні дати ключову інформацію про їхні властивості і можуть бути використані для діагностики еволюційної стадії затемнюваних подвійних систем. гравітаційний атмосфера поляризація

При цьому необхідно підкреслити, що у випадку поляриметрії аналіз газових структур у подвійних системах є об'єктивним та модельно незалежним, тому що при цьому не потрібно робити ніяких припущень про властивості компонентів подвійної системи.

ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Antonіuk K.A. "Photographіc study of eclіpsіng bіnarіes ІY Aur, RX Arі, DG Per, ZZ Cnc". // Odessa Astronomіcal Publіcatіons. - 1997. - V. 10. - P. 18-19.

2. Antonyuk K.A. "Results of photographіc observatіons of three eclіpsіng stars CD And, AT Mon and BW Cas". // Odessa Astronomіcal Publіcatіons. - 2003. - V. 16. - P. 11-13.

3. Антонюк К.А. "UBVRI-поляриметрия затменной двойной системы V393 Cyg”. // Кинематика и физика небесных тел. - 2004. - Т. 20. - №1. - С. 53-58.

4. Шаховской Н.М., Антонюк К.А. "UBVRI фотометрия и поляриметрия затменной двойной системы RY Per”. // Астрофизика. - Т. 47. - №2. - С. 171-182.

5. Антонюк К.А., Антохина Э.А. "Моделирование затменной двойной системы VW Лебедя”. // Астрофизика. - Т. 47. - №4. - С. 322-34.

6. Antonyuk K.A. "VW Cygnі: new polarіmetrіc and photometrіc observatіons". // Journal of Quantіtatіve Spectroscopy & Radіatіve Transfer. - 2004. -V. 88. - P. 3.

Размещено на Allbest.ru