ВВЕДЕНИЕ
4
ГЛАВА I. Программа ROTOR. Цели, задачи и важнейшие
результаты............................................15
1.1 Основные цели и задачи программы................15
1.2 Предпосылки и особенности методики исследований избранных объектов....................17
1.3 Важнейшие результаты программы ROTOR и вытекающие из их анализа задачи настоящей работы.............................................19
1.4 Кривые блеска некоторых НАеВе-звезд, и звезд типа Т Тельца, полученных в процессе выполнения программы ROTOR.........................21
ГЛАВА II. Многолетняя цикличность Ае-звезды Хербига BF Ori.
Гигантские протокометы и аккреция из протопланетного диска................................................36
2.1 Фотометрические наблюдения BF Ori.................38
2.1.1 Кривая блеска BF Ori. ..................42
2.1.2 Многолетние циклические изменения блеска молодых звезд и некоторые характеристики комет солнечной системы . 47
2.1.3 Некоторые свойства GPC I BF Ori..........50
2.1.4 Формирование и некоторые свойства протопланетных дисков..........................53
2.2 Спектральные исследования BF Ori и свойства
ее оболочки..................................56
2.2.1 Спектральный материал....................58
2.2.2 Линия На.................................62
2.2.3 Линии оболочки BF Ori....................64
2.2.4 Другие линии в спектре BF Ori............68
2.3 Поиск слабых признаков протокометы
GPC I BF Ori.....................................72
2.4 Заключение к главе II.............................73
ГЛАВА III. BN Ori (IID 245465 = BD +06°971) и интерпретация
ее наблюдений.......................................74
3.1 Фотометрические наблюдения........................76
3.1.1 Ближняя ИК-фотометрия BN Ori и Наблюдения в WULBV-системе Валравена.82
3.2 Спектральные наблюдения...........................84
3.2.1 Исторические данные......................84
3.2.2 Спектры низкого разрешения...............85
3.2.3 Спектры высокого разрешения.............88
3.3 Ультрафиолетовые спектры ВЫ Оп...................95
3.4 Заключение к главе III..........................100
ГЛАВА IV. Область звездообразования СМа Я1 и некоторые
особенности звезд высокой светимости..............102
4.1 Наблюдательный материал.........................106
4.2 Результаты наблюдений...........................110
4.2.1 Спектральная классификация и фотоэлектрическая ивГК-фотометрия звезд в 03 СМа Ш............................ПО
4.2.2 Результаты поиска новых На-эмиссионных объектов....................113
4.2.3 Корреляция программных звезд с ШАБ-источниками............................114
4.3 Диаграмма Герцшпрунга-Рессела 03 СМа Ш .... 115
4.3.1 Звездный состав.......................116
4.3.2 Эволюционные сценарии 03 СМа II1 ..120
4.4 Фотометрическое исследование На-эмиссионных
объектов 03 СМа Я1..............................122
4.4.1 ви СМа = НО 52721 ....................122
4.4.2 НО 53367 = У750 Моп...................124
4.4.3 Ъ СМа.................................127
4.4.4 ЬкНа 218 = НТ СМа и
ЕкНа 220 = Ш СМа......................134
4.5 Заключение к главе IV...........................135
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ .... 138
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
141
ВВЕДЕНИЕ.
В своей статье 1960 года, ставшей классической, Хербиг (1960) выделил ряд объектов имеющих спектральные классы более ранние, чем F, с эмиссионными линиями в спектре и массами порядка 1.5-6 М0, находящиеся в областях звездообразования. Одним из необходимых условий было то, что звезды должны освещать близкую рефлекторную туманность. В последствии, звезды имеющие такие характеристики, были названы Ае/Ве звездами Хербига (НАеВе).
По современным представлениям, Ае/Ве звезды Хербига:
— являются молодыми звездами возраст которых 10°—10° лет;
— имеют массы порядка 1.5-6 М0;
— спектр более ранним чем F;
— окружены холодными газопылевыми дисками (оболочками) и более горячими газовыми оболочками, в которых образуется эмиссионный спектр;
— находятся в областях звездообразования.
Актуальность темы работы
Изучение физических характеристик Ае/Ве звезд Хербига весьма перспективно для решения проблемы происхождения и начальной стадии эволюции звезд больших и средних масс. Со времени открытия Дж. Хербигом молодых звезд с массами 2-6 MQ, находящихся на начальной стадии эволюции (Хербиг 1960), которые являлись как бы продолжением в область ранних спектральных классов молодых звезд типа Т Тельца, исследования звезд Хербига принесли очень много ценной информации о происхождении звезд, структуре областей звездообразования, начальных стадиях звездной эволюции, включая стадию вскры-
4
тия звезды из родительского кокона, формирования протопланетного диска и аккреции.
К настоящему времени накоплен значительный объем наблюдательных данных в оптическом, рентгеновском, ультрафиолетовом, инфракрасном, субмиллиметровом и радио диапазонах спектра. Наиболее обширной из программ является комплексная наблюдательная программа ROTOR, в которой на протяжении последний 6 лет принимала участие и автор настоящей работы. Исследования в рамках этой программы позволили обнаружить ряд новых свойств Ас/Ве звезд Хербига, в том числе открыть около десятка затменных переменных среди Ае/Ве звезд Хербига и звезд Т Тельца, обнаружить вращательную модуляцию блеска ряда звезд, в том числе обусловленную оболочками с горячими и холодными пятнами, обнаружить гигантские протокометы, вызывающие крупномасштабные' измерения блеска. Наиболее значимыми результатами программы явилось определение фундаментальных характеристик (масс, радиусов, светимостей, температур поверхностей), открытие и описание свойств оптическн-толстых оболочек, что привело к важному заключению о серьезном несоответствии наблюдаемых физических свойств Ае/Ве звезд Хербига и звезд типа Т Тельца всем современным численным моделям начальной звездной эволюции. Таким образом, дальнейшие исследования Ае/Ве звезд Хербига, получение любых новых наблюдательных данных и интерпретация наблюдательного материала представляется особенно актуальной.
Проблема происхождения и ранней стадии эволюции звезд в молекулярных облаках по-прежнему далека от решения и исследования но этой проблеме являются одними из самых актуальных в астрофизике.
5
Цель работы
При анализе результатов программы ROTOR и других программ изучения Ае/Ве звезд Хербига, выявилось несколько ключевых проблем, которые не поддавались общепринятой интерпретации.
Первой из них является проблема интерпретации явления FU Ori, или ”фуора”. Несмотря на ряд исследований фуоров, выполненных в том числе в рамках программы ROTOR, явление фуора не получило кардинальной интерпретации. В связи с этим и возникла необходимость изучить родственные фуорам звезды Ае/Ве Хербига. Анализ и классификация обнаруженного автором нового типа переменности Ае/Ве звезд Хербига самой высокой светимости является второй целью работы. Третьей целью является дальнейшее исследование природы Ае/Ве звезд Хербига с крупномасштабной циклической алголеподоб-ной переменностью.
Задачи работы
Исходя из поставленных целей были сформулированы следующие задачи:
1. Исследование родственных фуорам звезд Ае/Ве Хербига.
Z СМа является именно таким объектом. На возможную родственную связь Z СМа с фуорами обратил внимание еще в 1984 г. М. Коэн: о ней говорят характерная кривая блеска, высокая болометрическая светимость, комбинированный B0eq-F2 спектр с сильной переменностью эмиссионных линий. Несмотря на большое число работ, посвященных Z СМа, мы поставили задачу получить дополнительные наблюдения и проанализировать полученный материал по Z СМа с целыо построения полуэмпирической модели фуора.
2. В процессе решения первой задачи возникла необходимость более тщательного исследования области звездообразования (03)
6
СМа Ш с целыо уточнения светимости 7 СМа, сравнения характеристик с другими Ае/Ве звездами Хербига в этом регионе и поиска отличий экстремально молодого звездного населения в 03 СМа Ш в связи с отличием ее от других областей. Это отличие, как предполагалось, состояло в том, что звездообразование в СМа Ш было инициировано взрывом сверхновой около б миллионов лет тому назад.
3. Вторым интересным кандидатом в объекты, родственные фуорам, по нашим исследованиям, являлась одиночная Ае/Ве звезда Хербига ВХ Оп. К такому выводу подтолкнула необычная историческая кривая блеска ВХ Оп и достаточно высокая светимость звезды. Очень активная крупномасштабная неправильная переменность в начале века затем сменилась постоянством блеска (или, возможно, слабым падением блеска) во второй половине 20-го века.
4. Ае/Ве звезды Хербига самой высокой светимости НБ 53367 и ВБ +65° 1637 показали уникальную переменность, не сходную ни с одним из подклассов переменности Ае/Ве звезд Хербига. Исследованию этих звезд, а также в и СМа посвящена четвертая задача исследований.
5. Наконец, одной из важнейшей задач данной работы является детальное исследование периодических или циклических крупномасштабных процессов у самого распространенного и изученного типа Ае/Ве звезд Хербига - переменных с алголеподобнымн ослаблениями блеска. В качества эталонной звезды для таких исследований была выбрана звезда В И Оп, для которой в нашем банке данных оказался один из самых длинных фотометрических массивов.
Детальное исследование именно таким образом подобранных Ае/Ве звезд Хербига и явилось основной целью настоящей работы.
Формирование как можно более полного банка данных фотометрических и спектральных исследовании избранных объектов, анализ данных других авторов, в частности в других областях электромагнитного излучения, с целью построения полуэмпирической модели явлений, послужили одной из главных задач исследований.
Научная новизна
В процессе выполнения работы был получен ряд новых результатов:
1. В результате исследования родственных фуорам звезд Z СМа и BN Ori было установлено, что явления, близкие к явлению фуора, могут происходить у разных по характеру спектра, скорости вращения и степени оттока вещества звезд Ае/Ве Хербига высокой светимости.
Установлены характерные особенности нестационарных процессов в оболочках этих звезд, что существенно расширило базу данных для интерпретации явления фуора.
В частности, на основе максимально полного сбора фотометрической информации для BN Ori автору впервые удалось найти свидетельства в пользу родственности явлениям фуора вспышки звезды в середине века.
2. Открыт совершенно новый тип крупномасштабной переменности у Ае/Ве звезд Хербига самой высокой светимости HD 53367 и BD +65°1637.
Почти симметричные падения и подъемы блеска продолжительностью около 6-7 лет, амплитудой около 0m.3 V и сильным ”поголубе-нием” цветов в минимуме блеска не встречаются больше ни у каких Ае/Ве звезд Хербига более низкой светимости и с трудом поддаются интерпретации. Очень вероятно, что эти явления, кроме всего, являются циклическими пли периодическими. Практически весь наблюдательный материал с продолжительностью наблюдательного ряда около 20 лет был получен в процессе выполнения программы ROTOR.
8
3. При исследовании Ае/Ве звезды Хербига высокой светимости GU СМа была открыта периодическая переменность с периодом около
0.8 суток. Дополнительные исследования, позволили получить детальную ’’среднюю” кривую блеска GU СМа, которая интерпретируется как затменная с частным затмением и отсутствием ощутимого потока в оптическом диапазоне от спутника.
Анализ фундаментальных характеристик GU СМа, полученных как из фотометрических, так и из спектральных исследовании с высоким разрешением, позволил установить, что эта звезда была отнесена к классу Ае/Ве звезд Хербигом (1960) ошибочно. Автор классифицировала ее как классическую Be звезду (возможно с переменностью типа 7Cas) с затменной двойственностью.
4. Впервые на основе анализа кривых блеска Ае/Ве звезд Хербига с алголеподобнымн ослаблениями блеска и крупномасштабной цикличностью BF Ori, UX Ori и других была сформулирована новая модификация гипотезы затмений центрального звездоподобного объекта веществом протокометы и ее фрагментов, при прохождении этих тел через периастр. На примере GPCI BFOri предварительно проанализирована гипотеза протокомет.
5. Уточнены важнейшие фундаментальные характеристики области звездообразования СМа R1. Оценены значения массы молекулярного облака и звезд, возраст н протяженность 03.
6. Помимо этих новых результатов исследований, автором лично внесен достаточно заметный вклад в формирование фотометрического массива Ае/Ве звезд Хербига по программе ROTOR. Фотометрируя эти звезды на протяжении последних 6 лет, автор добавила к существующему массиву Майданакских наблюдений около 10%, и увеличила мировой банк данных примерно на 7%.
9
Основные результаты, выносимые на защиту
1. Результаты анализа фотометрического и спектрального поведения избранных молодых звезд.
2. Открытие нового типа крупномасштабной переменности у Ае/Ве звезд Хербига самой высокой светимости HD 53367 и BD +65° 1637.
3. Результаты исследования родственных фуорам звезд Z СМа и BN Ori.
4 . Результаты исследования Ае/Ве звезды Хербига высокой светимости GU СМа.
5;. Анализ кривой блеска и крупномасштабной цикличности Ае/Ве звезды Хербига алголеподобными ослаблениями блеска BF Ori.
6. Уточненные фундаментальные характеристики области звездообразования СМа R1. Новые значения расстояния до 03, возраста и протяженности 03.
7. Результаты выполнения фотоэлектрических наблюдений в рамках программы ROTOR: около 10000 фотоэлектрических UBVR-наблюдений Ае/Ве звезд Хербига и родственных объектов.
Научно-практическая ценность
Результаты данного исследования могут быть использованы:
1. Для поиска циклических и периодических процессов на кривых блеска молодых звезд;
2. Для расчетов моделей звезд, находящихся на ранней стадии эволюции.
10
Наблюдательный материал в виде мониторинга позволяет привязать спектральные, фотометрические, ИК и заатмосферные наблюдения Ае/Ве звезд Хербига к крупномасштабной кривой блеска и на основе совместного анализа уточнять и корректировать модели этих звезд.
Версия банка данных по Ае/Ве звезд Хербига и родственным объектам на магнитном носителе, полученная по программе ROTOR с участием автора, является доступной для всех астрономов мирового сообщества, что дает возможность вести дальнейший всесторонний и комплексный анализ.
Структура диссертации
Во Введении сформулирована цель работы, ее актуальность и новизна. Кратко изложено содержание работы и приведены основные положения, выносимые на защиту.
В Главе I описана программа ROTOR (Reserch Of Trace Of Rotation). Цели, задачи и важнейшие результаты. Особенности методики исследований избранных объектов.
Главная цель программы состоит в том, чтобы на основе однородных долговременных кривых блеска найти периодические и циклические процессы в кривых блеска переменных звезд, которые до того считались неправильными переменными. На базе программ поиска периодов предполагается также обнаружить небольшое число затменных и спектрально двойных среди программных звезд, что даст возможность найти точные значения масс, радиусов и светимостей избранных объектов и тем самым кардинально изменить ситуацию с численным моделированием начальной стадии звездной эволюции.
Второй целью программы является построение полуэмпирической модели молодой звезды и ее окружения (оболочек, иротопланетного диска, биполярных и молекулярных потоков от звезды и высокоскоростных потоков горячего газа и т.п.).
11
Третьей целью программы является исследование важнейших характеристик областей звездообразования (03), которые включают в себя объекты программы. Задача состоит в том, чтобы найти размеры, массы, возраст и эффективность звездообразования в 03, установить численность и характер звездного и незвездного населения в них.
Глава II посвящена Ае/Ве звезде Хербига - BF Ori. Представлен наблюдательный материал и его интерпретация. Приводятся многолетние кривые блеска и результаты поиска периодических явлений.
В результате анализа кривой блеска Ае-звезды Хербига BF Ori обоснована гипотеза гигантской протокометы GPC I BF ORI, которая имеет период G.3 года. Проходя через периастр, такая протокомета частично разрушается и на определенное время поставляет пылевое вещество в околозвездное пространство.
Глава III посвящена Ае/Ве звезде Хербига - BN Ori. Представлен наблюдательный материал и его интерпретация. BN Ori - молодая звезда с эмиссионными линиями и пекулярной кривой блеска. В первой половине 20 столетия звезда показывала сильную (« 4т) неправильную переменность, характерную для Ае-звезд Хербига. Затем ее поведение изменилось, звезда стала практически постоянной, ее блеск почти не меняется в течение 35 лет.
Рассматривается возможность интерпретации кривой блеска переменной BN Ori как результата процесса, родственного крупномасштабным изменениям блеска классических фуоров.
В Главе IV исследуется область звездообразования, связанная с R-ассоциатшей СМа R1, в которой звездообразование, как предполагалось ранее, инициировано ударной волной вспышки сверхновой.
Проведено исследование Ае/Ве звезд Хербига, принадлежащих этой области — Z СМа, GU СМа, LkHcv218, LkHa220 и HD 53367.
Особенностью Ве-звезд Хербига в 03 СМа R1 является заметно повышенная визуальная светимость 3 членов — Z СМа, GU СМа и
12
- Київ+380960830922