Автореферат (Спектральная переменность, структура атмосфер и рентгеновское излучение OB-звезд)

На правах рукописиДушин Вячеслав ВячеславовичСпектральная переменность, структураатмосфер и рентгеновское излучение OB-звезд01.03.02 – астрофизика и звездная астрономияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург – 2015Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:Холтыгин Александр Федоровичд. ф.-м. н.Официальные оппоненты:Бычков Константин Вениаминовичд.

ф.-м. н.,ГАИШ МГУ,вед. науч. сотр.Погодин Михаил Александровичд. ф.-м. н.,ст. науч. сотр.,ГАО РАН,гл. науч. сотр.Ведущая организация:САО РАНЗащита состоится 8 декабря 2015 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.232.15 при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр. д. 28, ауд.

2143 (Математико-механический факультет).С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034,Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 и на сайте http://spbu.ru/science/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/590.html.Автореферат разослан «»2015 г.Ученый секретарь диссертационного совета,к.

ф.-м. н.Миланова Ю.В.3ВведениеДанная диссертация посвящена обнаружению и интерпретации переменности профилей линий в спектрах массивных звезд ранних спектральныхклассов (OBA), поиску их магнитного поля и изучению влияния нестационарных процессов на отношение интенсивностей запрещенных и интеркомбинационных линий R = f /i.Общая характеристика работыАктуальность работы. Одной из наиболее важных проблем звезднойастрофизики является изучение спектральной переменности звезд, особый интерес в этой связи представляют звезды ранних спектральных классов, профили линий в спектрах которых переменны на шкалах времени от несколькихсуток до часов.

Спектральные наблюдения горячих звезд в различных диапазонах: рентгеновском, УФ-, видимом — свидетельствуют о присутствии ватмосферах звезд структур различных размеров и плотностей [1–7] и [40].Формирование этих структур объясняется вращением, нерадиальными пульсациями, образованием околозвездных дисков, струй и т. д. На образованиекрупномасштабных структур может оказывать влияние магнитное поле звезд[8–11].Наличие магнитного поля у OBA-звезд может служить одной из причиних сильного рентгеновского излучения.

В рамках модели магнитно удерживаемой ударной волны (Magnetically confined wind-shock model, MCWS) потокивещества звездного ветра направляются вдоль магнитных силовых линий кмагнитному экватору, где сталкиваются, порождая стоячую ударную волну.При этом за ударной волной образуется протяженная горячая разреженнаяобласть, излучающая в рентгене, и тонкий плотный околозвездный диск вобласти магнитного экватора [8, 9].Локальные магнитные поля, генерируемые в субповерхностных конвективных зонах, также способны привести к возмущению структуры звездноговетра [10, 11] и, как следствие, вызвать оптические микровспышки и рентгеновское излучение.

У многих массивных OBA-звезд обнаружено излучение врентгеновском диапазоне, связанное с образованием областей горячей плазмы в ветрах этих звезд и с формированием локальных магнитных полей.Также актуальной проблемой является исследование плотности звездных атмосфер. Рентгеновские наблюдения OB-звезд показали, что отношения интенсивностей R = f /i в их спектрах для различных гелиеподобныхионов существенно меньше, чем теоретические отношения для стационарнойплазмы в атмосферах OB-звезд (см., например, работы [12–14] и др.). Дляобъяснения малости отношения R для OB-звезд предложен ряд гипотез: воз-4можно, рентгеновское излучение образуется в более плотных структурах ватмосфере [15], возможно, на интенсивность линий диагностики влияет ультрафиолетовое излучение [12].Гипотеза, рассмотренная в рамках данной работы, связывает аномально низкие соотношения R с нестационарными процессами в атмосферах звездранних спектральных классов.

При регулярном прохождении по атмосфереOB-звезд ударных волн плазма регулярно нагревается до высоких температур 106 –108 K [12, 16]. При быстрой смене процессов нагрева и охлажденияплазмы в звездных атмосферах, процесс заселения уровней становится существенно нестационарным и населенность уровней может сильно зависеть отвремени. Это означает то, что условия в плазме звездного ветра могут бытьсущественно нестационарными.

Данный факт может отразиться на мгновенных и средних (за время накопления сигнала) интенсивностях линий, а значит, и на диагностике плазмы из анализа отношения R.Степень разработанностиИсследовательская часть работы состоит их трех основных частей: поиск магнитного поля, поиск микропеременностей профилей линий, поиск причин аномально низких отношений f /i для рентгеновских линий в спектрахOB-звезд.Исследования по первым двум пунктам проводятся довольно долго.Переменность в профилях линий в оптическом диапазоне была обнаружена еще в 50-х годах XX века в работах [17, 18], также переменность профилей НI, НеI, НеII была обнаружена в работах [19–22], впоследствии онабыла обнаружена и в других диапазонах: ИК- [23], УФ- [24–26] и рентгеновском [27–29].Для OB-звезд также были проведены оценки величин магнитных полей:их напряженности имеют очень большой разброс: от < 100 Гс [30] до 20 кГс[31].

Данная работа является продолжением серии работ по поиску магнитного поля [32–34].Последняя же часть является наименее исследованной: рентгеновскиенаблюдения OB-звезд показали, что отношения интенсивностей R = f /i вих спектрах для различных гелиеподобных ионов существенно меньше, чемтеоретические отношения для стационарной плазмы в атмосферах OB-звезд(см., например, работы [12–14] и др.).

Были предложены несколько гипотез,объясняющих данное явление, но его природа пока не была до конца объяснена.В данной работе мы предложили еще одну гипотезу, объясняющую аномально низкие отношения R (см. предыдущий пункт).Цели диссертационной работы. Основной целью диссертационнойработы является анализ микропеременности линий и измерение магнитногополя в звездах ранних спектральных классов. Важной целью работы являет-5ся исследование свечения горячей плазмы низкой плотности при нестационарном заселении уровней атомов и ионов, а также проверка гипотезы о влияниинестационарного заселения уровней в плазме на отношение интенсивностейлиний в спектрах этих звезд.Научная новизна.

В рамках данной работы были впервые применены методы вейвлет-анализа при анализе характерных размеров структур ватмосферах звезд, в результате чего получены свидетельства присутствия ватмосфере звезды ζ Ori Aa средне- и крупномасштабных структур. Обнаружены новые переменные компоненты в спектрах ζ Ori Aa и ε Per A. Данаверхняя оценка величины продольного компонента магнитного поля ε Per A.Также впервые было проведено исследование влияния нестационарного заселения уровней на интенсивность рентгеновских линий в спектрах OB-звезд.Практическая и теоретическая значимость.

Полученные результаты по поиску быстрой переменности в ε Per A и ζ Ori Aa могут быть использованы для построения моделей звезд подобных спектральных классови классов светимостей. Результаты по измерению магнитного поля в тех жезвездах были использованы при составлении базы данных магнитных полейзвезд. Разработанные автором диссертации программы поиска магнитногополя с помощью алгоритма LSD могут быть использованы для анализа поляриметрических наблюдений магнитных звезд.Разработанная методика исследования влияния нестационарного заселения уровней в различных ионах и код, написанный для этого, могут бытьиспользованы в дальнейших исследованиях влияния нестационарных процессов в атмосферах горячих звезд, газовых туманностей, межзвездной и межгалактической среды на их спектры.Методы исследования.

Для исследования быстрой переменности профилей линий применялись методы Фурье- и вейвлет-анализа, для оценкивеличины напряженности продольного магнитного поля применялся методLSD [35] и МДМ [36, 37] (см. подробнее в содержании работы). Моделирование интенсивностей линий проводилось численными методами, на основекода APEC [38].Результаты и положения, выносимые на защиту• Обнаружение короткопериодических вариаций профилей линий в звезде ζ Ori Aa с периодами от 1 до 3 часов, возможно, связанных с нерадиальными пульсациями.• Обнаружение короткопериодических вариаций профилей линий в звезде ε Per A с частотами 3.8–13 сут.−1 , также, возможно, связанных снерадиальными пульсациями.• Обнаружение крупно- и среднемасштабных переменных компонентоввариаций профилей линий в спектре звезды ε Per A, возможно, связан-6ных с нерадиальными пульсациями и вращательной модуляцией профилей.

Масштабы неоднородностей составляют s = 50–70 км/с и s =10–15 км/с соответственно.• Оценка верхнегоD Eпредела величины эффективного магнитного поля звез~ l = 200 ± 100 Гс.ды ε Per A: B• Обнаружение значительного влияния нестационарного заселения уровней на мгновенное (до почти трех порядков) и среднее (до 20%) отношение интенсивностей линий R = f /i, а также на оценку ne по среднемуотношению R = f /i (до почти двух порядков).Апробация работы.