Physical parameters of red supergiants in nearby galaxies
Authors: Ντέ-Βίτ Στέφανος 
Published: November 2024

Οι ερυθροί υπεργίγαντες (RSGs) αποτελούν ένα κρίσιμο στάδιο στην εξέλιξη των αστέρων μεγάλης μάζας, αντιπροσωπεύοντας γενικά το τελευταίο στάδιο πριν από την έκρηξη σουπερνόβα. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, συμβάλλουν στη δυναμική και χημική εξέλιξη του γαλαξία τους με τους υψηλούς συνεχείς ρυθμούς απώλειας μάζας καιτα επεισοδιακή απώλεια μάζας τους. Αρκετά ανοικτά ερωτήματα σχετικά με τη φυσική των RSGs παραμένουν, όπως ι) ο μηχανισμός που οδηγεί στην απώλεια μάζας και η εξάρτησή του από τις ατμοσφαιρικές ιδιότητες, όπως η μεταλλικότητα και η τύρβη, ιι) η παρατηρούμενη έλλειψη εκρηκτικών RSGs υψηλής μάζας (∼ 20 − 25 M⊙ ), γνωστήως “πρόβλημα RSG”, και ιιι) οι φασματοσκοπικές αποκλίσεις θερμοκρασίας όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικές μεθοδολογίες και διαγνωστικά μέσα, που φτάνουν μέχρι και 600 K όταν χρησιμοποιούνται οι ζώνες TiO ως το κύριο διαγνωστικό μέσο θερμοκρασίας. Αυτές οι αποκλίσεις προκύπτουν πιθανώς από περιορισμούς στα ατμοσφαιρικά μοντέλαπου χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση των φασμάτων, ωστόσο δεν έχουν παρουσιαστεί πλήρεις λύσεις μέχρι στιγμής (π.χ. πλήρη πλέγματα τρισδιάστατων ατμοσφαιρικών μοντέλων RSG). Σε αυτή τη διατριβή, διερευνούμε την κλίμακα θερμοκρασίας για τους RSGs χρησιμοποιώντας φασματοσκοπικές παρατηρήσεις 137 RSGs, από τους οποίους οι 41 παρουσιάζουν ένα πλούσιο σε σκόνη περιβάλλων αστρικό περιβάλλον που αποκαλύπτεται από την υπέρβαση της υπέρυθρης ακτινοβολίας τους. Αυτό περιλαμβάνει το μεγαλύτερο προς το παρόν σύνολο οπτικών φασμάτων RSGs που μελετήθηκαν πέρα από την Τοπική Ομάδα (129). Λάβαμε τις επιφανειακές ιδιότητες αυτών των RSGs χρησιμοποιώντας τα ατμοσφαιρικά μοντέλα MARCS για ψυχρούς αστέρες και συγκρίναμε τις ιδιότητες των RSGs πλούσιων σε σκόνη με τους RSGs φτωχούς σε σκόνη. Η παρουσία περιαστρικής σωματιδιακής σκόνης είναι ένας ισχυρός δείκτης απώλειας μάζας στους RSGs, επιτρέποντας τη σύνδεση μεταξύ των συναγόμενων επιφανειακών ιδιοτήτων και της απώλειας μάζας. Βρήκαμε ότι τα RSGs με σκόνη είναι πιο φωτεινοί, πιο ψυχροί, πιο μεταβλητοί και παρουσιάζουν υψηλότερο βαθμό απορρόφησης σε σύγκριση με τα RSGs χωρίς περίσσεια IR. Εξηγούμε επίσης την παρουσία περιαστρικής σκόνης γύρω από τρεις θερμούς RSGs με πιθανή πρόσφατη εκτίναξη μάζας ή ακραία φασματική μεταβλητότητα (μεταβλη τοί Levesque-Massey), καθιστώντας τους υποψήφιους για μελλοντικές μελέτες σχετικάμε την ακραία απώλεια μάζας RSGs. Οι μοριακές ζώνες TiO, αν και αποδείχθηκε ότι υποεκτιμούν σημαντικά τις πραγματικές θερμοκρασίες των RSG, ήταν το κύριο διαγνωστικό μέσο που χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση της πραγματικής θερμοκρασίας. Για να αντιμετωπίσουμε την ασυμφωνία της πραγματικής θερμοκρασίας, εξάγαμε σχέσεις κλιμάκωσης που γεφυρώνουν την ψυχρή κλίμακα θερμοκρασίας TiO με τιμές πιο αντιπροσωπευτικές για τις ατμόσφαιρες των RSGs. Διαπιστώσαμε ότι η έκταση της ασυμφωνίας συσχετίζεται στενά με τους συναγόμενους ρυθμούς απώλειας μάζας από προσαρμογές SED. Οι RSGs με υψηλότερους ρυθμούς απώλειας μάζας παρουσιάζουν γενικά μεγαλύτερη απόκλιση μεταξύτων πραγματικών θερμοκρασιών που λαμβάνονται από τη ζώνη TiO ή για παράδειγμα από φασματικές γραμμές στη ζώνη J ή τη ζώνη i. Αν και είχε προβλεφθεί προηγουμένως από μοντέλα, είναι η πρώτη φορά που η σχέση μεταξύ των ψυχρών ζωνών TiO και της απώλειας μάζας τεκμηριώνεται εμπειρικά. Η εφαρμογή των σχέσεων κλιμάκωσης στις παρατηρούμενες θερμοκρασίες TiO κλιμακώνει τις θερμοκρασίες σε τιμές που συμφωνούνμε τις εξελικτικές προβλέψεις. Συνιστούμε την περαιτέρω διερεύνηση των σχέσεων κλιμάκωσης με τις επιδράσεις της μεταλλικότητας και της απώλειας μάζας, για την αξιόπιστη κλιμάκωση των θερμοκρασιών των RSGs σε διάφορα εξελικτικά στάδια και περιβάλλοντα μεταλλικότητας. Τέλος, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι το διαγνωστικό TiO μπορεί να είναι ένας πολλά υποσχόμενος μελλοντικός ανιχνευτής απώλειας μάζας, καθώς τα τρέχοντα διαγνωστικά που εξαρτώνται από το αέριο (μόρια στον τομέα των sub-mm), επιλύονται μόνο για κοντινά RSGs (μέχρι τα Μαγγελανικά Νέφη).