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 фізико-математичних наук

01.03.02 - Астрофізика, радіоастрономія

ВИЗНАЧЕННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ПЛАНЕТАРНИХ

ТУМАННОСТЕЙ З ВРАХУВАННЯМ НЕОДНОРІДНОСТЕЙ

ГУСТИНИ ГАЗУ В ЇХ ОБОЛОНКАХ

ГАВРИЛОВА НАТАЛІЯ ВІКТОРІВНА

Одеса - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Львівському національному університеті імені Івана Франка Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцент, старший науковий співробітник

Головатий Володимир Володимирович,

Львівський національний університет імені Івана Франка, доцент кафедри астрофізики.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук

Пілюгін Леонід Степанович,

Головна астрономічна обсерваторія НАН України, м.Київ, провідний науковий співробітник відділу фізики зірок та галактик;

кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник

Мішеніна Тамара Василівна,

НДІ “Астрономічна обсерваторія” при Одеському національному університеті ім.І.І. Мечникова МОНУ, м.Одеса, завідувач відділом фізики зір та галактик.

Провідна установа: Кримська астрофізична обсерваторія Міністерства освіти і науки України, Крим, с.Наукове.

Захист відбудеться " 7 " жовтня 2005р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 41.051.04 в Одеському національному університеті імені І.І. Мечникова за адресою: 65026, м.Одеса, вул.Дворянська, 2, Велика фізична аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського національного університету імені І.І. Мечникова (м.Одеса, вул.Преображенська, 24).

Автореферат розісланий " 31 " серпня 2005р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор фізико-математичних наук Андрієвський С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Планетарні туманності (ПТ) є одним з найбільш поширених типів об'єктів зоряного населення. Вони утворюються на пізніх стадіях еволюції зір проміжної маси. Завдяки елементарним процесам, що обумовлюють світіння туманностей, хімічний склад оболонок ПТ визначається точніше, ніж інших зоряних об'єктів.

Дослідження хімічного складу галактичних ПТ є важливим для вивчення проблем зоряного нуклеосинтезу, історії зореутворення та особливостей хімічної еволюції речовини в Галактиці. Сумісний аналіз хімічного складу ПТ та низькометалічних об'єктів, наприклад, областей HII в блакитних компактних карликових галактиках (БККГ), дає можливість точніше визначити величину догалактичного вмісту гелію Yp та уточнити величину його збагачення важкими елементами dY/dZ в ході хімічної еволюції речовини в Галактиці.

Зображення багатьох туманностей показують їх неоднорідну структуру. Тому виникає проблема визначення хімічного складу оболонок ПТ з врахуванням флуктуацій густини небулярного газу.

Дисертаційна робота присвячена розробці і застосуванню нових методів визначення фізичних характеристик та хімічного складу ПТ з врахуванням неоднорідностей густини газу в їх оболонках. Ці методи базуються на розрахунках фотоіонізаційних моделей світіння (ФМС) планетарних туманностей.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в 1998-2004 роках у Львівському національному університеті імені Івана Франка. Тема кандидатської дисертації затверджена на засіданні Вченої Ради університету (протокол N1 від 27 січня 1999 року) і входить до наукових напрямків кафедри астрофізики та астрономічної обсерваторії Львівського національного університету імені Івана Франка: АО-319Б N0197U018123 "Спостереження змінних зір, визначення хімічного складу планетарних туманностей та статистичні дослідження зоряних скупчень" (1997-1999 рр.), АО-65Б N0100U001445 "Вивчення фізичних та еволюційних характеристик Галактики та сусідніх галактик на основі дослідження планетарних туманностей, зоряних скупчень та фотоелектричних спостережень змінних зір" (2000-2002 рр.), N0103U001883 "Вплив ефектів неоднорідності густини газу на фізичні та еволюційні характеристики планетарних туманностей" (2000-2002 рр.), N0103U005916 "Дослідження фізичних характеристик оболонок і ядер планетарних туманностей" (2003-2005 рр.).

Роль автора у виконанні цих тем полягала у розробці нових і модифікації відомих методів досліджень, проведенні розрахунків та співставленні одержаних результатів з даними інших авторів.

Мета і задачі дослідження. Головною метою дисертаційної роботи є розробка методики визначення хімічного складу ПТ з врахуванням неоднорідностей густини газу в їх оболонках і подальше визначення хімічного складу вибірки близько 200 галактичних ПТ, уточнення величини догалактичного вмісту гелію Yp та його збагачення важкими елементами dY/dZ, а також дослідження радіальних градієнтів вмістів хімічних елементів вздовж диску Галактики. Спостережуваною основою цього дослідження були спектри понад 200 галактичних ПТ, вибрані з літературних джерел за 1976-1996 роки.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі задачі:

1.На основі моделей зоряних атмосфер Клєгга-Міддлємасса [1] визначити розподіли енергії в спектрах випромінювання ядер конкретних ПТ за ??? 912A з врахуванням наявності зоряного вітру.

2.Розробити програму для врахування флуктуацій густини небулярного газу в оболонках ПТ та розрахувати сітку ФМС ПТ для двох типів неоднорідностей густини небулярного газу (I - макронеоднорідності, II - мікронеоднорідності).

3.Методом діагностики небулярного газу з інтегральних спектрів сітки ФМС ПТ визначити усереднені відносні іонні вмісти різних хімічних елементів для кожної з моделей.

4.Знайти нові вирази для іонізаційно-корекційних факторів (ICF) для ПТ та протестувати їх на можливість відтворення ними хімічного складу, заданого в ФМС.

5.На основі спостережуваних спектрів реальних ПТ методом діагностики небулярного газу знайти електронні концентрації n_e, температури T_e та іонні вмісти A⁺ⁱ/H⁺ вибірки ~200 галактичних туманностей.

6.За допомогою нових ICF визначити хімічний склад небулярного газу вибірки ПТ. Проаналізувати залежність Y - Z окремо для ПТ диску Галактики і разом з областями НII в БККГ. Знайти величину догалактичного вмісту гелію Yp та темп його збагачення в ході хімічної еволюції речовини dY/dZ для різних типів неоднорідностей небулярного газу.

7.Розрахувати оптимізовані ФМС (ОФМС) вибраних галактичних ПТ різної металічності з метою уточнення значень фізичних параметрів та хімічного складу цих об'єктів, а також величин Yp та dY/dZ.

8.На основі даних про хімічний склад ПТ галактичного диску дослідити залежність градієнтів вмісту хімічних елементів від галактоцентричної відстані.

Об'єкт дослідження: галактичні планетарні туманності.

Предмет дослідження: вивчення фізичних характеристик та хімічного складу оболонок галактичних ПТ з врахуванням неоднорідного розподілу густини небулярного газу.

Методи дослідження: Метод фотоіонізаційного моделювання світіння небулярного газу. Метод діагностики небулярного газу, який полягає у визначенні іонних вмістів методом перетину кривих n_e-T_e, знайдених з відношень інтенсивностей спектральних ліній відповідних іонів. Визначення іонізаційно-корекційних факторів на основі іонних вмістів, отриманих методом діагностики небулярного газу з модельних спектрів сітки ФМС ПТ. Метод оптимізаційного фотоіонізаційного моделювання, який базується на мінімізації різниць між спостережуваними і модельними інтенсивностями спектральних ліній шляхом пошуку оптимальних значень вхідних вільних параметрів моделі.

Наукова новизна одержаних результатів.

1.Розроблено нову методику розрахунку ФМС ПТ з врахуванням двох типів неоднорідного розподілу густини газу в їх оболонках (I - макронеоднорідності, II - мікронеоднорідності).

2.На основі іонних вмістів, отриманих із діагностики інтегральних спектрів ФМС ПТ, знайдено нові вирази для ICF ПТ для двох типів неоднорідностей густини газу в оболонках туманностей.

3.Вперше побудовано оптимізовані ФМС дев'яти ПТ із врахуванням неоднорідного розподілу небулярного газу.

4.Використовуючи нові значення хімічного складу ПТ, проаналізовано залежності Y-Z для реальних ПТ окремо та разом із областями НII у БККГ і для обох типів неоднорідностей отримано значення Yp та dY/dZ.

Практичне значення одержаних результатів.

1.Розроблена програма для врахування неоднорідностей густини газу в оболонках ПТ може бути використана для моделювання неоднорідностей в інших небулярних об'єктах (напр., в позагалактичних ПТ, областях НII в БККГ, дифузних туманностях та ін.).

2.Усереднені відносні іонні вмісти, отримані діагностикою інтегральних спектрів сітки ФМС ПТ, можна використовувати для виявлення різних типів кореляцій між ними та іншими фізичними параметрами туманностей.

3.Нові ICF можуть бути використані для пошуку хімічного складу небулярного газу інших галактичних і позагалактичних ПТ.

4.Отримані фізичні параметри та хімічний склад ПТ можуть бути використані при розрахунку ОФМС ПТ як початкові параметри.

5.Знайдені з ОФМС ПТ значення фізичних параметрів можна використати для визначення можливих кореляцій між ними.

6.Результати детального дослідження стійкості розв'язку ОФМС ПТ (ініціалізація різними наборами початкових значень вільних параметрів) та впливу вибору геометрії іонізуючого джерела можуть бути використані як базові при подальшому розрахунку ОФМС інших ПТ.

Особистий внесок здобувача. Здобувач брала участь у всіх етапах роботи від постановки задачі, обговорення методики дослідження, відбору та аналізу спостережуваного спектрального матеріалу до висунення заключних висновків і публікації результатів спільно з науковим керівником та іншими авторами. Дві з 9 робіт із переліку публікацій основних результатів дисертації [4*, 6*] виконано самостійно. У роботах, виконаних у спіавторстві [1*- 3*, 5*, 7*- 9*], здобувачеві належить обговорення поставленої задачі, участь у розробці методики досліджень, здійснення числових розрахунків та їх аналіз.

Автором розраховано розподіли енергії в спектрах випромінювання ядер ПТ за ??? 912A на основі моделей зоряних атмосфер Клєгга-Міддлємасса з врахуванням наявності зоряного вітру [2*]. Розроблено програму для врахування флуктуацій густини небулярного газу в оболонках ПТ [1*, 4*]. Знайдено нові вирази для іонізаційно-корекційних факторів для ПТ [3*, 4*, 8*]. Визначено хімічний склад небулярного газу понад 200 галактичних ПТ, проаналізовано залежності Y - Z для ПТ диску разом з областями НII в БККГ та досліджено градієнти вмісту хімічних елементів як функції відстані від центра Галактики [5*- 7*, 9*]. Автором розраховано оптимізовані ФМС галактичних ПТ різної металічності з метою уточнення значень фізичних параметрів та хімічного складу цих об'єктів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались і обговорювались на таких семінарах, вітчизняних та міжнародних конференціях і симпозіумах:

-на щорічних звітних наукових конференціях фізичного факультету Львівського національного університету імені івана Франка (2003-2005 рр.);

-на наукових семінарах астрономічної обсерваторії та кафедри астрофізики Львівського національного університету імені івана Франка (2002-2005 р.р.);

-на II-ій конференції пам'яті Бабія Б.Т. “Вибрані питання астрономії та астрофізики”, Львів, листопад 1998-го року;

-на Астрономічній школі молодих вчених "Актуальні проблеми астрономії", Умань, травень 2000-го року;

-на Симпозіумі МАС N209 "Planetary nebulae: their evolution and role in the universe", Канбера, Австралія, листопад 2001-го року;

-на III-ій конференції пам'яті Бабія Б.Т. “Вибрані питання астрономії та астрофізики”, Львів, квітень 2002-го року;

-на 9-тій відкритій конференції молодих вчених з астрономії і фізики космосу, Київ, квітень 2002-го року;

-на міжнародній конференції "Хімічна та динамічна еволюція зір і галактик", Одеса, серпень 2002-го року;

-на міжнародній конференції "Астрофізика і космологія після Гамова - теорія і спостереження", Одеса, серпень 2004-го року;

-на науковому семінарі НДІ “Астрономічна обсерваторія” при Одеському національному університеті ім. І.І. Мечникова, Одеса, серпень 2004-го року;

-на конференції молодих вчених і аспірантів “ІЕФ - 2005”, Ужгород, травень 2005 року;

-на міжнародній конференції "Planetary nebulae as astronomical tools”, Гданськ, Польща, червень - липень 2005 року.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладені в 9 наукових публікаціях, з них 7 - статті у фахових виданнях, визначених переліком ВАК України, 2 - матеріали симпозіуму МАС.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі списку умовних позначень, вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 106 найменувань та 12 додатків. Основна частина дисертації становить 132 сторінки, повний обсяг - 185 сторінок. Робота містить 19 рисунків та 21 таблицю.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Коротко описано загальні характеристики ПТ, відомі методи визначення хімічного складу їх оболонок та розрахунку ФМС ПТ. Вказано на недоліки існуючих методик та важливість врахування при моделюванні свічення туманностей неоднорідної структури їх газових оболонок. Сформульовано мету і задачі досліджень, які скеровані на вдосконалення старих та створення і застосування нових методів, точніших за попередні. Розкрито сутність та актуальність задачі, значення та новизну виконаної роботи в контексті дослідження хімічної еволюції речовини в Галактиці. Підкреслено практичне значення отриманих результатів.

Розділ 1 має оглядовий характер. Наведено короткий огляд робіт різних авторів із спектральних досліджень ПТ. Описано основні методи визначення n_e, T_e, температур центральних зір Т_* та хімічного складу туманностей A/H. Проаналізовано проблеми визначення цих параметрів та зроблено акцент на необхідності врахування просторових варіацій густини небулярного газу. Описано існуючі програми для розрахунку фотоіонізаційних моделей ПТ. Сформульовано постановку задачі даної дисертаційної роботи.

У підрозділі 1.1 наведено короткий огляд спектральних спостережень вибірки галактичних ПТ, виконаних різними авторами протягом 1976-1996 років. Для розв'язку поставленої задачі нами були вибрані спектри 220 найбільш вивчених галактичних ПТ з різних літературних джерел (див. додаток А3). Ці спектри лягли в основу нашого дослідження, яке ми почали у 1995 році. Для визначення хімічного складу ПТ враховувались основні дозволені лінії Н, Не та основні заборонені лінії C, N, O, Ne, Si, S та Ar. Спектральний діапазон охоплював основні емісійні лінії ПТ від л1176.0 А до л88.5 мкм. Відзначено, що точність визначення інтенсивностей ліній в спектрах галактичних ПТ не є достатньою, але задовільною. Аналіз спостережуваного матеріалу показав, що для сильних спектральних ліній (I_л/I(H_в)?1) похибка складає 3-5%, для середніх (I_л/I(H_в)<1) - 10-15%, а для слабких (I_л/I(H_в)<0.1) - більше 50%. Для даного аналізу ми використали інтенсивності спектральних ліній з похибками ? 15%.

Опис основних методів визначення електронних температур T_e, концентрацій n_e та іонних вмістів A+i/H+ небулярного газу міститься у підрозділі 1.2. Показано, що дані різних авторів для n_e і T_e відрізняються між собою. Відзначено основні причини відмінностей відповідних даних: неточність спостережуваних спектрів ПТ, атомних даних та стратифікація випромінювання в оболонці туманності.

У підрозділі 1.3 розглянуто питання про існування просторових варіацій електронних температур T_e та електронних густин n_e, описано попередні спроби задання макро- та мікронеоднорідностей густини в оболонках ПТ.

Існуючі методи визначення хімічного складу ПТ описано у підрозділі 1.4. Показано, що хімічні вмісти, отримані різними авторами за допомогою різних ICF для тих самих ПТ, відрізняються між собою. Зроблено висновок, що основною причиною відмінностей хімічного складу є неточність існуючих емпіричних виразів для ICF, які зв'язують іонний вміст хімічного елементу з його повним вмістом. Показано важливість точності атомних даних, коректного задання розподілів іонізуючого випромінювання ядер ПТ за ??? 912A та вказано на важливість врахування просторових варіацій густини небулярного газу. На основі тестування існуючих емпіричних виразів для ICF зроблено висновок про необхідність пошуку нових ICF для точнішого визначення хімічного складу ПТ.

У підрозділі 1.5 викладено основні методи визначення температур ядер ПТ і показано, що різні методи дають різні результати. Зроблено висновок про необхідність пошуку розподілів енергії іонізуючих ядер ПТ на основі моделей атмосфер зір.

У підрозділі 1.6 коротко описано існуючі фотоіонізаційні моделі, які використовуються для моделювання світіння небулярних об'єктів. Відзначено відмінності, можливі переваги та недоліки різних програм. Для розв'язку нашої задачі ми обрали програму Г.Ферланда Cloudy (версії 94 та 96в5), оскільки вона постійно тестується та поновлюється, в ній використані найновіші атомні дані та існують великі можливості для моделювання неоднорідностей небулярного газу.

Постановку задачі у контексті огляду літератури сформульовано у підрозділі 1.7. На основі критичного аналізу попередніх методик зроблено висновок про необхідність визначення розподілів енергії в спектрах випромінювання ядер ПТ за ??? 912A з врахуванням наявності зоряного вітру; розрахунку нової сітки ФМС цих об'єктів для різних випадків врахування неоднорідностей густини небулярного газу; визначення нових виразів для ICF з даних розрахунку сітки ФМС; визначення хімічного складу вибірки галактичних ПТ; розрахунку ОФМС вибраних ПТ різної металічності; визначення величин Yр та dY/dZ та дослідження градієнтів вмістів хімічних елементів у диску Галактики. Відзначено, що для виведення нових ICF необхідно аналізувати не іонні вмісти, отримані безпосередньо з даних сітки ФМС ПТ, а отримані з аналізу їх інтегральних спектрів методом діагностики небулярного газу, оскільки саме таким методом аналізується спектр реальних ПТ. Також відзначено, що в той час як величина Yp, в основному, визначається зі спостережень областей НII в БККГ, при поєднанні їх з ПТ розширюється діапазон за змінною Z і значно підвищується точність визначення величини dY/dZ.

Розділ 2. У цьому розділі ми детально описали розроблену нами методику розрахунку L_С - спектру ядер ПТ із врахуванням зоряного вітру та проаналізували вплив наявності зоряного вітру на розрахунок іонних вмістів та визначення інтенсивностей спектральних ліній окремих іонів.

У підрозділі 2.1 описано методику корекції гідростатичних моделей атмосфер за наявність зоряного вітру. Для такого коригування ми використали одні з найчастіше вживаних моделей ядер ПТ - не-ЛТР моделі атмосфер Клєгга та Міддлємаса [1]. З іншого боку, існують моделі атмосфер ядер ПТ Габлєра та ін. [2], які враховують зоряний вітер. Оскільки автори не опублікували самих моделей атмосфер, ми використали їх сітку так званих занстрівських співвідношень Z(HeII). Наша методика полягає в тому, щоб "підняти" чи "опустити" спектр із гідростатичної моделі атмосфер Клєгга - Міддлємаса на ділянці з ??? 228A таким чином, щоб нове занстрівське співвідношення співпадало із заданим у [2]. Для цього ми апроксимуємо гідростатичну модель атмосфери на ділянці ??? 228A степеневим спектром і змінюємо число іонізуючих квантів в цьому діапазоні, не змінюючи кольорової температури початкової моделі.

Підрозділ 2.2 присвячено дослідженню впливу зоряного вітру ядра ПТ на емісійний лінійчатий спектр (ЕЛС) її оболонки. Зроблено висновок, що при наявності вітру зміни в розрахованому ЕЛС ПТ є відчутними (інтенсивності деяких спектральних ліній змінюються у півтора рази). У випадку надлишку фотонів за ??? 228A інтенсивності заборонених ліній є нижчими, а рекомбінаційних та інтеркомбінаційних - вищими від інтенсивностей ліній для моделей без вітру. При нестачі фотонів вплив вітру на ЕЛС є протилежним. В результаті порівняння гідростатичних моделей та моделей з врахуванням вітру було виявлено однаковий "середній" ступінь іонізації, що підтвержується діагностикою плазми (n_e, T_e), але при одних і тих самих n_e та T_e для моделей з вітром отримуються суттєво інші інтенсивності ліній, що впливає на точність визначення іонних вмістів та хімічного вмісту окремих елементів.

Розділ 3. У цій частині роботи коротко описано методику розрахунку сітки ФМС ПТ, процедуру розрахунку та визначення відносних іонних вмістів H, He, C, N, O, Ne, S i Ar, які використані для пошуку нових аналітичних виразів для ICF.

У підрозділі 3.1 викладено методику розрахунку ФМС, що полягає в сумісному розв'язанні рівняння переносу прямого та дифузного іонізуючого випромінювання, рівнянь іонізаційної рівноваги, рівняння енергетичного балансу та рівнянь статистичної рівноваги в кожній точці оболонки туманності і коротко охарактеризовано кожне з цих рівнянь.

Процедуру розрахунку сітки ФМС ПТ наведено у підрозділі 3.2. Для побудови моделей було використано програму Г.Ферланда Cloudy 94 [3]. Вільними параметрами кожної сітки були: 1) розподіл енергії в спектрі випромінювання ядра за ??? 912A, який відповідав температурі ядра кожної з 30 моделей, 2) хімічний вміст небулярного газу в моделях, який приймався рівним середньому значенню вмісту з роботи [4], а також удвічі меншим і удвічі більшим за вмістом важких елементів; вміст гелію також був змінним, 3) фактор наповнення, значення якого були рівними 0.1, 0.5 та 1. В результаті розраховано дві сітки по 270 ФМС ПТ для I і II типів врахування неоднорідностей небулярного газу (див. рис.1). Всі ФМС розраховувалися у сферично-симетричному наближенні. Тип I неоднорідностей відповідав радіальному розподілу густини газу в оболонці ПТ, отриманому з аналізу карт ізофот реальних ПТ (макронеоднорідність) [5], а в типі II на попередній розподіл I накладалися флуктуації густини газу за допомогою генератора випадкових чисел (мікронеоднорідності).

Рис.1. Радіальні розподіли густини небулярного газу для двох моделей планетарних туманностей.

У підрозділі 3.3 описано методику діагностики інтегральних спектрів ФМС. Було використано програму DIAGN [6], атомні дані (значення ймовірностей переходів і параметрів ударного збудження) в якій були замінені на відповідні дані з Cloudy 94. Розраховані емісійні лінійчаті спектри ФМС вважались "спостережуваними" і були використані для визначення T_e, n_e та відносних іонних вмістів (A+i/H+)_diagn методом діагностики небулярного газу. Саме так аналізуються спектри реальних ПТ. Зауважимо, що запропонована методика відрізняється від попередніх, де використовуються відносні іонні вмісти безпосередньо з ФМС (A+i/H+)_mod . Знайдені іонні вмісти (A+i/H+)_diagn використовувалися для знаходження нових виразів для ICF (див. рис.2).

Рис.2. Залежність між lg((S⁺/H⁺)/(S/H)) та lg(S²⁺/S⁺), lg((Ar³⁺/H⁺)/(Ar/H)) та lg(Ar³⁺/Ar²⁺).

У пункті 3.4.1 протестовано вибірку емпіричних співвідношень для ICF, які використовуються іншими авторами для визначення хімічного складу небулярних об'єктів. Показано, що дані вирази не є достатньо точними для визначення хімічного вмісту ПТ і тому доцільним є пошук нових ICF.

Методику визначення нових виразів ICF для ПТ описано у пункті 3.4.2. Знайдені апроксимаційні вирази для ICF. Ці вирази були протестовані з метою відтворення хімічного вмісту, заданого в кожній із моделей. Показано, що з допомогою нових ICF заданий в моделях ПТ хімічний склад небулярного газу відтворюється з точністю ? 10%, тобто достатньою для застосування даних виразів для більш точного визначення хімічного складу ПТ.

Розділ 4. Тут детально описано методику визначення хімічного складу ПТ за допомогою ICF. Обгрунтовано і описано методику розрахунку ОФМС ПТ та перевизначено вміст первинного гелію Yp та dY/dZ. Обчислено радіальні градієнти вмістів ПТ вздовж галактичного диску.

У пункті 4.1.1 коротко описано методику визначення хімічного складу вибірки ~200 галактичних ПТ із використанням виразів для ICF з роботи [7], результати розрахунків приведені в додатку Д1. Хімічні вмісти для всіх ПТ та вмісти, задані у фотоіонізаційних моделях для розрахунку ICF, були знайдені одним і тим самим методом та із використанням однакових атомних даних. Проведено порівняння отриманих результатів з відповідними даними Масіела та Коппена [8].

У пункті 4.1.2 розглянуто методику визначення хімічного складу вибірки ~200 галактичних ПТ із використанням нових виразів для ICF (табл.3.6) для двох типів врахування неоднорідностей густини небулярного газу в оболонці ПТ (I, II). При порівнянні результатів із відповідними даними Масіела та Коппена [8] зроблено висновок про збільшення розбіжностей у визначенні хімічного складу з врахуванням I і II типів неоднорідностей.

Методику розрахунку вмісту гелію для розглянутої вибірки ПТ описано у пункті 4.1.3. Зроблено висновок, що для коректного визначення вмісту гелію необхідно використовувати найновіші вирази для рекомбінаційних коефіцієнтів Бенжаміна та ін. [9], в яких враховано перенос випромінювання у лініях HeI та ударне збудження гелію. Було знайдено іонні вмісти гелію у 81 ПТ для різних варіантів поєднань ліній HeI та визначено вмісти He/H (додаток Д2).

У підрозділі 4.2 обгрунтовано необхідність розрахунку оптимізованих ФМС вибраних галактичних ПТ, описано методику розрахунку цих моделей та проаналізовано отримані результати. Перевага ОФМС над сіткою ФМС полягає у відсутності припущень, на яких базується розрахунок сітки, а також у тому, що ОФМС відтворюють спостережуваний спектр кожного конкретного об'єкту. Зауважимо, що розрахунок ОФМС є дуже громіздким (для розрахунку ОФМС одного об'єкту необхідно розрахувати ~1500 звичайних ФМС). Тому нами було розраховано ОФМС лише для вибраних 9 ПТ різної металічності.

Методику розрахунку ОФМС ПТ описано у пункті 4.2.1. Метою побудови оптимізованої ФМС є пошук оптимальних значень вільних параметрів, які вибираються із вхідних параметрів моделі. Критерієм відповідності між предбачуваним та спостережуваним спектром була ч²-функція. Суть алгоритму оптимізації (або ч²-мінімізації) полягає в зміні вільних параметрів моделі таким чином, щоб ч²-функція досягала якомога меншого значення. Для наших розрахунків ми використали програми Cloudy 96в5 [10] і Phymir [11], що входить в Cloudy як функція. Вільними параметрами в ОФМС ПТ були прийняті: 1) повна кількість іонізуючих квантів Q_tot; 2) максимум концентрації водню в розподілі густини небулярного газу (див. вираз з [5]); 3) фактор наповнення ; 4) хімічні вмісти He/H, 5)C/H, 6) N/H, 7) O/H, 8) Ne/H, 9) S/H, 10) Ar/H, 11) Si/H. Для кожного із вільних параметрів задавався діапазон зміни їх значень з метою адекватного відтворення спектрів ПТ. При цьому розподіл густини в оболонці ПТ n(H) змінювався при кожній ітерації, а сталими залишались внутрішній та зовнішній радіуси оболонки і положення максимуму густини. Параметрами, за якими проводилась оптимізація, були світність в H_в лінії та відносні інтенсивності різних спектральних ліній.

У пункті 4.2.2 наведено результати розрахунків для тестового об'єкту NGC 6720, виявлено існування єдиного розв'язку даної задачі. Зазначено, що для даного типу ОФМС діє принцип детального балансу, згідно з яким за інтенсивністю однієї надійної лінії іона можна відтворити інтенсивності всіх його інших ліній. Проаналізовано вплив вибору геометрії іонізуючого джерела (шляхом зміни фактора покриття) на результати розрахунку ОФМС ПТ та виявлено наявність такого впливу на визначення хімічного складу небулярного газу та інших фізичних параметрів ПТ.

У пункті 4.2.3 наведено результати розрахунків 9 ОФМС ПТ різної металічності: IC 1297, IC 2165, J 900, NGC 2867, NGC 6309, NGC 650, NGC 6720, NGC 6884, NGC 6886. Початкові значення відповідних вільних параметрів взяті з робіт [4, 12]. Показано, що отриманий з ОФМС хімічний вміст в межах похибок співпадає з даними, отриманими нами за допомогою нових ICF. планетарний туманність хімія іон

Методику визначення догалактичного вмісту гелію Yp та його збагачення dY/dZ в процесі хімічної еволюції речовини описано у підрозділі 4.3. Проаналізовано залежність Y-Z для ПТ II типу (дискова складова Галактики) окремо та разом із областями HII у БККГ [13].

У пункті 4.3.1 знайдено залежність між металічністю Z та вмістом кисню O/H, проаналізовано залежності Y-Z для різних варіантів вибірки ПТ, у тому числі і залежності окремо для туманностей типів IIa та IIb. Результати наведено в табл.4.9. Проведено оцінку мас іонізованого газу M_in оболонок туманностей вибірки з врахуванням маси ядра та зроблено висновок про невеликий розкид знайдених величин (0.7 - 1.5 сонячних мас). Знайдено залежності O/H-Z для двох типів вмістів хімічних елементів (I та II). Побудовано та проаналізовано залежності Y- Z (див.табл.4.10) для двох типів неоднорідностей та трьох типів поєднань ліній HeI. Значення Yp та dY/dZ, знайдені з вибірки ПТ з 4 лініями HeI (які ми вважаємо точнішими, див. рис.3), Yp(I)=0.245±0.003 і Yp(II)=0.244±0.003 збігаються із даними наших попередніх розрахунків Yp=0.246±0.002 (п.1, розд.4), а також добре узгоджуються з даними авторів групи Ізотова (Yp=0.2452±0.0015 [14], Yp=0.248±0.003 [15], Yp=0.245±0.004 [13]). Проведено порівняння величин Z(I) і Z(II) між собою та з даними Z попередніх розрахунків [4]. Зроблено висновок, що наявність флуктуацій газу для більшості ПТ понижує обчислену металічність.

У пункті 4.3.2 перевизначено вміст первинного гелію Yp та dY/dZ за даними з ОФМС. В результаті апроксимації залежності Y_opt - Z_opt були отримані значення Yр=0.2479±0.0014 та dY/dZ=2.99±0.34 (див. рис.4), які в межах похибок збігаються із відповіднмим даними, отриманими за допомогою ICF. Це вказує на малий вплив припущень, що були зроблені при розрахунку сітки ФМС ПТ, на величини значень Yp і dY/dZ. Відзначено, що при використанні ОФМС точність визначення відповідних параметрів зросла. Перевірено стійкість розв'язку отриманого результату і зроблено висновок, що включення нових об'єктів у вибірку для розрахунку ОФМС ПТ суттєво не змінює отримані значення Yp і dY/dZ.

Методику визначення радіальних градієнтів хімічних вмістів уздовж галактичного диску описано у підрозділі 4.4. В першому випадку використано дані для хімічних вмістів та відстані до відповідних об'єктів із табл.Д1, у другому - відповідні дані з табл.4.1 та табл.4.2 і та сама шкала відстаней до ПТ [12]. Охоплено область галактоцентричних відстаней D від 2 до 15 кпк. Відзначено, що хоч вибір шкал відстаней сильно впливає на значення градієнтів вмістів, отримані в обох випадках величини градієнтів хімічних елементів у межах похибок збігаються з даними інших авторів [16].

Рис.3. Залежність Y(I) - Z(I) та Y(II) - Z(II) для ПТ II типу (з 4 HeI лініями) разом з областями HII в БККГ для двох типів неоднорідного розподілу густини небулярного газу.

Рис.4. Залежність між Y_opt та Z_opt для ПТ II типу разом з областями HII в БККГ.

Висновки. У цьому розділі підведено загальний підсумок результатів даної дисертаційної роботи з оцінкою їх наукового значення.

Дослідження хімічного вмісту галактичних ПТ є важливим для вивчення проблем зоряного нуклеосинтезу, історії зореутворення та особливостей хімічної еволюції речовини в Галактиці. Поєднання ПТ та низькометалічних об'єктів дає можливість точніше визначити величину догалактичного вмісту гелію Yp та уточнити величину його збагачення важкими елементами dY/dZ в процесі хімічної еволюції речовини у Всесвіті. Зображення багатьох туманностей показують їх неоднорідну структуру. Тому виникає проблема визначення хімічного складу ПТ із врахуванням флуктуацій густини газу в їх оболонках.

Метою нашого дослідження було визначення хімічного складу оболонок вибірки галактичних ПТ із врахуванням неоднорідностей густини газу в їх оболонках для дослідження процесів хімічної еволюції речовини в Галактиці. Розроблена нами методика базується на розрахунках сітки ФМС ПТ, аналіз результатів якої було використано для визначення фізичних характеристик та хімічного складу цих об'єктів.

Основні результати даної дисертаційної роботи зводяться до наступного:

1.Вперше розраховано сітку ФМС ПТ на основі L_С - спектрів, отриманих із моделей зоряних атмосфер Клєгга-Міддлємасса [1] з врахуванням зоряного вітру для двох типів неоднорідностей густини газу в небулярній оболонці (I - макронеоднорідності, II - мікронеоднорідності). Розроблено програму врахування неоднорідностей густини газу в оболонках ПТ статистичним методом, яка може бути використана для моделювання світіння інших небулярних об'єктів (позагалактичних ПТ, областей НII в БККГ, дифузних туманностей та ін.).

2.Знайдено нові вирази для ICF ПТ для двох типів неоднорідностей на основі іонних вмістів, отриманих шляхом діагностики інтегральних спектрів ФМС. Саме таким методом визначається іонний вміст реальних об'єктів. Показано, що нові ICF відтворюють заданий в моделях хімічний вміст із точністю ? 10%. Запропонована методика відрізняється від попередніх, де для виведення виразів для ICF використовуються повні відносні іонні вмісти (A⁺ⁱ/H⁺ )_mod, знайдені безпосередньо з ФМС. Такі іонні вмісти, як було продемонстровано в даній роботі, для більшості іонів cильно відрізняются від відповідних значень (A⁺ⁱ/H⁺ )_diagn . Вони можуть бути використані в подальших дослідженнях для виявлення, наприклад, кореляцій між ними та іншими фізичними параметрами ФМС. Розроблена програма для розрахунку хімічного складу ПТ із врахуванням нових ICF для двох випадків неоднорідностей (I, II) може бути використана для пошуку хімічного складу інших галактичних і позагалактичних ПТ.

3.Зі спостережуваних спектрів ПТ методом діагностики небулярного газу знайдено електронні концентрації n_e, температури T_e та іонні вмісти A⁺ⁱ/H⁺ вибірки ~200 галактичних об'єктів і за допомогою нових (точніших) ICF визначено їх хімічний склад. Отримані фізичні параметри та хімічний склад ПТ можуть бути використані при розрахунках ОФМС ПТ як початкові значення відповідних параметрів.

4.Розроблено (незалежно від ICF) нову методику розрахунку ОФМС ПТ з врахуванням неоднорідностей густини небулярного газу. Побудовано ОФМС 9 ПТ різної металічності. Знайдено значення концентрації водню, фактора наповнення, кількості іонізуючих квантів та хімічного вмісту для даних об'єктів і показано, що отриманий хімічний вміст з ОФМС в межах похибок співпадає з відповідними даними по ICF. Знайдені значення фізичних параметрів ОФМС ПТ після розрахунку ОФМС інших туманностей можна використати для визначення величин фізичних параметрів та кореляцій між ними. Висновки, отримані в результаті дослідження стійкості розв'язку ОФМС ПТ (ініціалізація різними наборами початкових значень вільних параметрів та вплив вибору геометрії іонізуючого джерела), можуть бути використані як базові при подальшому розрахунку ОФМС ПТ.

5.Використовуючи нові значення хімічного вмісту ПТ, проаналізовано залежність Y-Z для реальних ФМС та ОФМС ПТ окремо та разом із областями НII у БККГ. Для обох випадків врахування неоднорідностей густини небулярного газу (I, II) визначено величини догалактичного вмісту гелію Yp та темпу його збагачення в ході хімічної еволюції речовини dY/dZ. Показано, що при використанні ОФМС точність визначення відповідних параметрів зросла.

6.На основі нових даних про хімічний склад вибірки ПТ галактичного диску знайдено градієнти вмістів хімічних елементів із відстанню від центра Галактики.

Достовірність отриманих результатів та висновків дисертаційної роботи забезпечується великою кількістю тестів і застосуванням двох незалежних методик визначення фізичних характеристик та хімічного складу небулярного газу (використання нових ICF і розрахунок ОФМС) планетарних туманностей.

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1.Clegg R.E.S., Middlemass D. Non-LTE model atmospheres for central stars of planetary nebulae// Royal Astronomical Society, Monthly Notices. -1987.-V.229.-P.759-778.

2.Gabler R., Kudritzki R.P., Mendez R.H. Unified NLTE model atmospheres including spherical extension and stellar winds. II. EUV-fluxes and HeII - Zanstra discrepancy in central stars of planetary nebulae//Astronomy and Astrophysics.-1991.-Vol.245.-P.587-592.

3.Ferland G.J. Hazy, a Brief Introduction to Cloudy 94// University of Kentucky, Physics department Internal Report.1999. ( http://www.nublado.org )

4.Holovatyy V.V., Havrylova N.V. Chemical composition of galactical planetary nebulae// Журнал фізичних досліджень - 2003.-Т.7,N4.-С.461-467.

5.Головатый В.В., Мальков Ю.Ф. Эволюция оболочек планетарных туманностей: эмпирический подход// Астрономический журнал.-1992.-Т.69,Вып.6.-С.1166-1178.

6.Головатий В.В., Гершберг Р.Е., Мальков Ю.Ф., Проник В.И. Количественный анализ ультрафиолетовых, оптических и инфракрасных эмиссионных спектров небесных тел с целью определения физических параметров и химического состава излучающего диффузного вещества и межзвездного поглощения до него// Известия Крымской астрофизической обсерватории- 1999.-Т.96.-C.72-138.

7.Головатый В.В., Дмитерко В.В., Мальков Ю.Ф., Рокач О.В. Новый метод определения химического состава планетарных туманностей и его применение к туманностям галактического гало// Астрономический Журнал. - 1993, - Т.70.-Вып.4.-C.691-706.

8.Maciel W.J., Koppen J. Abundance gradients from disk planetary nebulae: O, Ne, S and Ar// Astronomy and Astrophysics - 1994.-Vol. 282.-P.436-443.

9.Benjamin R.A., Skillman E.D., Smits D.P. Radiative Transfer Effects in HeI Emisssion Lines// arXiv: http://babbage.sissa.it/ps/astro-ph/0202227

10.Ferland G.J. Hazy, a Brief Introduction to Cloudy 96// University of Kentucky, Department of Physics and Astronomy Internal Report, 2002

11.P.A.M. van Hoof, Photo-Ionization Studies of Nebulae. - Ph.D. thesis, 1997, Rijskuniversitei, Groningen. - 102 p.

12.Mal`kov Yu.F. A self-consistent determination of the distances, physical parameters and chemical composition for a large sample of galactic planetary nebulae: the distances and parameters of central stars and optocal depths of envelopes// Astronomy Reports. - 1997. - Vol.41, No.6. - P.760-776.

13.Мелех Б.Я. Дослідження фізичних характеристик та хімічного вмісту областей HII в блакитних компактних карликових галактиках: Дис. на здобуття наук.ступеня канд. фіз.-мат. наук: 01.03.02.-Львів,2002.-133с.

14.Izotov Y.I., Thuan T.X. Reexaming the helium abundance of I Zw 18// Astrophysical Journal, --1998. - Vol.497. - P.227-237.

15.Ballantyne D.R., Ferland G.J., Martin P.G. The primordial helium abundance: toward understanding and removing the cosmic scatter in the DY/DZ relation// Astrophys.Journal. - 2000. Vol.536. - P.773-777.

16.Alibes A., Labay J., Canal R. Chemical evolution and abundance gradients in the Milky Way// arXiv: http://babbage.sissa.it/ps/astro-ph/0107016

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1*.Гаврилова Н.В., Тишко Н.Л. Вплив флуктуацій густини газу в планетарних туманностях на їх емісійний лінійчатий спектр// Вісник Астрономічної Школи молодих вчених.-2000.-Т.1,N2.-С.115-118.

2*.Гаврилова Н.В., Рокач О.В. Вплив зоряного вітру на емісійний лінійчатий спектр планетарних туманностей// Вісник Астрономічної Школи молодих вчених.-2001.-Т2,N1.-С.82-85.

3*.Гаврилова Н.В., Головатий В.В., Мелех Б.Я. Іонізаційно-корекційні фактори для визначення хімічного вмісту планетарних туманностей з неоднорідним розподілом густини небулярного газу// Журнал фізичних досліджень - 2002.-Т.6,N4.-С.451-454.

4*.Гаврилова Н.В. Іонізаційно-корекційні фактори для визначення хімічного вмісту галактичних планетарних туманностей з врахуванням флуктуацій густини газу в їх оболонках// Вісник Астрономічної Школи молодих вчених.-2003.-Т4,N2.-С.99-103.

5*.Holovatyy V.V., Havrylova N.V. Chemical composition of galactical planetary nebulae// Журнал фізичних досліджень - 2003.-Т.7,N4.-С.461-467.

6*.Havrylova N.V. Determination of the helium abundances in galactic planetary nebulae// Astronomy and Astrophysics Transactions -2003.-Vol.22,N.6.-P.833-836.

7*.Головатый В.В., Гаврилова Н.В. Химический состав галактических планетарных туманностей с учетом неоднородностей плотности газа в их оболочках// Астрономический журнал.- 2005.-T.82,N5.-C.437-452. (англ. переклад: Holovatyy V.V., Havrylova N.V. The chemical composition of galactic planetary nebulae with regard to inhomogeneity in the gas density in their envelopes// Astronomy Reports - 2005.-Vol.49, No.5.-P.390-404.)

8*.Holovatyy V.V., Havrylova N.V., Melekh B.Ya. New ionization-correction factors for the chemical composition determination of galactic planetary nebulae and HII regions in Blue Compact Dwarf Galaxies// Proceedings of the Symposium IAU N209 "Planetary nebulae: their evolution and role in the universe".-2003.-Vol.209.-P.563-564.

9*.Holovatyy V.V., Havrylova N.V., Melekh B.Ya. Chemical composition of galactical planetary nebulae and HII regions in Blue Compact Dwarf Galaxies: new determination// Proceedings of the Symposium IAU N209 "Planetary nebulae: their evolution and role in the universe".-2003.- Vol.209.-P.565-566.

АНОТАЦІЯ

Гаврилова Н.В. Визначення хімічного складу планетарних туманностей з врахуванням неоднорідностей густини газу в їх оболонках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.02. - Астрофізика, радіоастрономія. - Одеський національний університет імені І.І. Мечникова. - Одеса, 2005.

Дисертація присвячена розробці і застосуванню нових методів визначення хімічного складу планетарних туманностей (ПТ) із врахуванням неоднорідностей густини газу в їх оболонках. Методи базуються на розрахунках фотоіонізаційних моделей світіння (ФМС) ПТ. Використано спектри понад 200 галактичних ПТ, вибрані з багатьох літературних джерел.

Розраховано сітку ФМС ПТ на основі розподілів енергії в спектрах випромінювання ядер ПТ за ??? 912A , отриманих з моделей зоряних атмосфер Клєгга-Міддлємасса з врахуванням зоряного вітру для двох типів неоднорідного розподілу густини газу в небулярній оболонці (I - макронеоднорідності, II - мікронеоднорідності). Знайдено нові вирази для ICF (I, II) на основі іонних вмістів, отриманих шляхом діагностики інтегральних спектрів ФМС. Визначено хімічний склад небулярного газу близько 200 галактичних ПТ. Розроблено незалежну від ICF нову методику розрахунку оптимізованих ФМС (ОФМС) ПТ. Побудовано 9 ОФМС ПТ різної металічності. Знайдено значення фізичних характеристик та хімічного складу для даних об'єктів і показано, що отриманий хімічний склад з ОФМС в межах похибок співпадає з відповідними даними за ICF. Проаналізовано залежність Y-Z для реальних ФМС та ОФМС ПТ окремо та разом із областями НII в блакитних компактних карликових галактиках. Отримано значення догалактичного вмісту гелію Yp та темпу його збагачення в процесі хімічної еволюції речовини dY/dZ. Показано, що при використанні ОФМС точність визначення відповідних параметрів зросла. На основі нових даних про хімічний склад вибірки ПТ галактичного диску досліджено градієнти вмістів хімічних елементів як функції відстані від центра Галактики.

Ключові слова: планетарні туманності, фотоіонізаційні моделі світіння, неоднорідності густини газу, іонізаційно-корекційні фактори, хімічний вміст, вміст первинного гелію, темп збагачення важкими елементами, градієнти вмістів хімічних елементів.

ABSTRACT

Havrylova N.V. Determination of the planetary nebulae chemical composition with regard to inhomogeneities in the gas density in their envelopes. - Manuscript.

Thesis on search of scientific degree of candidate of physical and mathematical sciences speciality 01.03.02 - Astrophysics, radioastronomy. - Odesa National University named after I.I. Mechnykov. - Odesa, 2005.

Thesis devote to development and application of new methods for determination of the planetary nebulae (PN) chemical composition with taking into account gas density inhomogeneities in their envelopes. Methods are based on calculations of photoionization models (PhMs) grid of PN. We have used observed spectra of ~200 galactic PN, selected from many literature sources.

The PhMs of PN are calculated using the energy distributions in the emission spectra of PN nucleus beyond ??912A obtained from Clegg and Middlemass models of stellar atmospheres with taking into account the stellar wind. The PhMs are calculated for two types of inhomogeneous gas density distribution in the nebular envelopes (I - macroheterogeneity, II - microheterogeneity). New expressions for the ICF (I, II) are found

using the relative ion abundances which determined by means of the PhMs spetra diagnostic method. The nebular gas chemical composition ~200 galactic planetary nebulae are determined. The new ICF-independent method of the PN optimized PhMs (OPhMs) calculations is developed. 9 OPhMs are calculated for PN with different metallicity. The optimal values of physical parameters and chemical composition of these objects are found. It is shown that obtained from OPhMs chemical composition are consistents in errors bars with previous one, obtained from new ICFs. The Y-Z dependence are analysed for real PN PhMs and OPhMs separately and jointly with HII regions in blue compact dwarf galaxies. The primordial helium abundance Yp and its enrichment ratio during chemical evolution of matter dY/dZ are determined. It is shown that the accuracy of determination of these parameters increased because of OPhMs using. Radial abundance gradients in the Galactic disk are studed using new chemical composition of a lardge sample of the galactic PN.

Key words: planetary nebulae, photoionized models of luminescences, inhomogeneities in gas density, ICF, chemical composition, primordial helium abundance, heavy elements enrichment, radial abundance gradients.

АННОТАЦИЯ

Гаврилова Н.В. Определение химического состава планетарных туманностей с учетом неоднородностей плотности газа в их оболочках. - Рукопись.

Дисcертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.02. - Астрофизика, радиоастрономия. - Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова. - Одесса, 2005.

Планетарные туманности (ПТ) образуются на поздних стадиях эволюции звезд промежуточной массы и благодаря элементарным процессам, которые обуславливают свечение туманности, химический состав оболочек ПТ определяется более точно, чем других звездных объектов. Исследование химического состава галактических ПТ важно для изучения проблем звездного нуклеосинтеза, истории звездообразования и особенностей химической эволюции вещества в Галактике. Изображения многих ПТ показывают неоднородную структуру их газовых оболочек. Поэтому возникает проблема определения химического состава оболочек ПТ с учетом флуктуаций плотности небулярного газа.

Диссертация посвящена разработке и применению новых методов определения химического состава планетарных туманностей с учетом неоднородностей плотности газа в их оболочках. Методы основаны на расчете фотоионизационных моделей свечения (ФМС) ПТ. Использованы спектры более 200 галактических ПТ, которые были отобраны со многих литературных источников.

Рассчитано сетку ФМС ПТ на основе распределений энергии в спектрах излучения ядер ПТ в области ??912A , которые были получены из моделей звездных атмосфер Клегга-Миддлемасса с учетом звездного ветра. В качестве свободных параметров сетки моделей использованы распределение энергии в спектрах излучения ядер ПТ за ??912A, фактор наполнения и химический состав. Все фотоионизационные модели принимались сферически-симметричными и рассчитывались для двух типов неоднородного распределения плотности газа в небулярной оболочке (I - макронеоднородности, II - микронеоднородности). Были найдены новые аналитические выражения (I, II) для ионизационно-коррекционных факторов (ICF) на основе ионных содержаний, полученых путем диагностики интегральных спектров ФМС. Именно таким методом анализируются спектры реальных ПТ. Полученные выражения для ICF были протестированы с целью воспроизведения заданого в ФМС химического состава. Из наблюдательных спектров ПТ методом диагностики небулярного газа найдены электронные концентрации n_e, температуры T_e и ионные содержания A⁺ⁱ/H⁺ выборки более 200 галактических ПТ и с помощью новых ICF определен химический состав небулярного газа этих объектов. Для поиска ионных содержаний гелия He⁺/H⁺ и He⁺⁺/H⁺ нами были использованы новые выражения для рекомбинационных коэффициентов Бенжамина и др. (2002), которые учитывают перенос излучения в HeI линиях и ударное возбуждение атомов H и He, а также методика Олайва - Скилмана (2000) для самосогласованного определения электронных концентраций в зоне HeII и оптических толщин в линии л3889HeI.