Определение фундаментальных параметров атмосфер группы a–F-звезд

Том 155, кн. 2

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Физико-математические пауки

2013

УДК 524.314

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕР ГРУППЫ A^F-ЗВЕЗД

O.A. Аль-Хави, И.Ф. Бикмаев, G.G. Мельников, МЛ. Бикмаева, H.A. Сахибуллин

Аннотация

В работе определены фундаментальные параметры атмосфер (эффективная температура Тея, ускорение силы тяжести log д, микротурбулентная скорость Knie) группы звезд спектральных классов A F. В исследуемую группу были включены звезды Главной последовательности и сверхгиганты в диапазоне температур 6000 9000 К. Полученные фундаментальные параметры необходимы для расчетов химического состава методом моделей атмосфер. Выполнено сравнение с опубликованными значениями параметров, полученными другими авторами. Различия находятся в пределах случайных ошибок определения параметров.

Ключевые слова: звезды спектральных классов A F. фундаментальные параметры атмосфер.

Введение

Химический состав звездных атмосфер является основным и наиболее ценным источником информации об эволюции вещества в недрах звезд, в межзвездной среде и в нашей Галактике в целом.

Подавляющая часть звезд Галактики принадлежит звездам спектральных классов А Г С К. Среди звезд спектральных классов А и ранних подклассов Г многие оказываются звездами с пекулярным химическим составом, который не может быть объяснен в рамках химической эволюции Галактики и теории нуклеосинтеза в недрах звезд. Проблема возникновения пекулярностей к настоящему времени еще не решена. Звезды с пекулярным химическим составом были обнаружены во второй половине XX в. по наблюдениям на фотографических пластинках. Из-за невысокого отношения сигнал/шум в фотографических спектрах (Я/М = 20-50) были обнаружены звезды лишь с сильной пекулярностыо. достигающей нескольких порядков в избытке ряда элементов. Фотографические пластинки не позволяли выявлять звезды со слабой пекулярностыо. Поэтому были практически неизучены звезды, в которых пекулярность имеется, но выражена слабо. В результате к настоящему времени неизвестно, каким образом пекулярности возникают и нарастают ли они со временем, как зависят от других параметров звезд температуры, ускорения силы тяжести, микротурбулентной скорости, скорости вращения и т. д. Эта задача является сложной в наблюдательном отношении, так как необходима большая выборка звезд с различными параметрами атмосфер для обоснованных выводов. Важность решения этой задачи заключается в том. что пекулярности химического состава, вызванные физическими условиями формирования линий в звездных атмосферах, должны быть количественно установлены и отделены от реальных эффектов синтеза химических элементов в недрах звезд и эволюции вещества в Галактике. В настоящей работе определяются фундаментальные

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ A-F-ЗВЕЗД

185

параметры звезд спектральных классов А Г. Звёзды спектрального класса А и ранних подклассов Г имеют эффективную температуру в диапазоне 7000 9000 К. По своему химическому составу эти звезды подразделяются на 3 основных типа с учетом химической пекуляриости: нормальные звезды классов А Г. металлические Аш-звезды, магнитные Ар-звезды. В нашем исследовании мы исключили магнитные звезды, чтобы сосредоточиться на звездах, где магнитное поле не участвует в возникновении химических пекулярностей. В связи с этим нами была специально подобрана выборка звезд, включающая в себя несколько звезд с нормальным (солнечным) химическим составом и звезды, для которых по литературе было известно, что их химический состав отличается от солнечного. Целыо нашего исследования являются:

1) наиболее точное определение фундаментальных параметров:

2) анализ точности спектральных наблюдений исследуемой группы звезд на 1.5-метровом телескопе РТТ150 (национальная обсерватория ТЮБИТАК. Турция):

3) корректные расчеты химического состава, основанные на п. 1. 2 и использовании метода моделей атмосфер.

Спектральные наблюдения были выполнены в 2009 2011 гг. с помощью кудэ-эшелле спектрометра высокого разрешения телескопа РТТ-150. Спектральное разрешение Я = 50000, диапазон длин волн 400043500 А. Отношение сигнал/шум равно 200.

Прежде чем приступить к расчету химического состава, необходимо установить параметры моделей атмосфер, с использованием которых в дальнейшем будут проведены расчеты. Для этого, в свою очередь, нужно определить фундаментальные физические параметры исследуемых звезд, что и будет сделано в настоящей статье.

1. Эффективная температура, ускорение силы тяжести и микротурбулентная скорость

Эффективная температура звезды является одним из основных фундаментальных параметров, определяющих физическое состояние атмосферы. Прямые методы определения этой температуры базируются на интегрировании полного наблюдаемого потока звезды от ультрафиолетового до инфракрасного диапазонов. Для исследуемых нами звезд опубликованные потоки для широкого диапазона длин волн отсутствуют. Поэтому мы использовали наиболее принятый фотометрический метод. основанный на использовании потоков в избранных диапазонах длин волн. Отношения потоков в соседних участках спектра представляют собой измеренные показатели цвета в одной их общепринятых фотометрических систем. Показатели цвета для многих звезд измерены с высокой точностью и их значения табулированы в электронных базах данных. В нашей работе эффективная температура была определена по показателям цвета (B—V ), (b-y), (B2—G), (B2—V1), (V— K), прокалиброванным в шкале метода инфракрасных потоков. Показатели цвета взяты из астрономической базы данных Simbad (http://sinibad.u-strasbg.fr/sinibad/). Калибровочные уравнения опубликованы в [1 3] и имеют следующий вид:

Teffi = 5040/©, © = 0.629 + 0.644  (B2 — V1) + 0.065  (B2 — V1)2;

Teff2 = 5040/©, © = 0.838 + 0.501  (B2 — G) + 0.030  (B2 — G)2;

Teff3 = 5040/©, © = 0.458  (B2 — G) + 0.835;

Teff4 = 5040/©, © = 0.640  (B2 — V1) + 0.632;

Teff5 = 9034 — 12562  (b — y) + 11813  (b — y)2;

Teff6 = 9134 — 8600  (B — V) + 5398  (B — V)2;

186

О.А. АЛЬ-ХАВИ И ДР.

Табл. 1

Результаты определения эффективной температуры

Номер HD Звезда Teffi Teff2 Teffз Teff4 Teff5 Teffe Teff 7 Teffe

2628 28 And 7113 7297 6884

20902 Alfa Per 6372 6348 6340 6388

27962 68 Таи 9147 8952 8805 8725

32115 7282 7425

72037 2 UMa 7987 8006 7882 7951 7865 7855 7826

78362 Таи UMa 7129 7129 7030 7119 6914 6966 7039

95608 60 Leo 9147 9180 8984 9097 8784 8847

142860 41 Ser 6363 6469 6453 6371 6235 6319 6353

146136 94 Her 6756 6728 6738

165908 99 Her 6065 6065 6139 6084 6059 6267

166230 101 Her 8195 8115 8155 7989 7927

173648 6 Lyr 8076 8220 7962 8038 7836 7788 7908

182564 58 Dra 8408 8620

189849 15 Vul 7690 7650

195295 41 Cyg 6729 6684 6640 6729

Teff7 = 8921 - 2848  (V - K) + 441  (V - K)2;

Teff8 = 7749 - 7911  (B2 - V1) + 7856  (B2 - V1)2.

Результаты определения эффективной температуры по приведенным калибровочным формулам представлены в табл. 1.

В третьей колонке табл. 2 приводится усредненное значение эффективной температуры и случайная ошибка ее определения для каждой звезды. В среднем неопределенность в эффективной температуре составляет 100 К.

Значения параметра ускорения силы тяжести найдены по фундаментальной зависимости:

logд = 4logTeff + 0.4(Mv + B.C.) + log(M/M0) - 12.51,

где Mv = V + 5 + 5 log (п), п - тригонометрический параллакс, значения которого взяты из Каталога спутника HIPPARCOS (http://cdsarc.u-strasbg.fryviz-bin/Cat), B.C. - болометрическая поправка (для звезд в исследуемом диапазоне температур она практически равна нулю и не учитывалась). Массы звезд в единицах массы M/M0

янное слагаемое 12.51 отражает солнечные значения эффективной температуры Т = 5780 log д = 4.44.

V

определена из условия независимости содержания от эквивалентных ширин линий атомов и однократно ионизованных ионов следующих элементов Fe, Cr, Ti. Точность определения микротурбулентной скорости составила 0.3 км/с.

В табл. 2 даны итоговые значения эффективной температуры и ускорения силы тяжести, определенные в настоящей работе, а также приведены опубликованные значения, полученные другими авторами. Различия находятся в пределах ошибок определения.

2. Выводы

В работе выполнено определение фундаментальных параметров атмосфер группы звезд спектральных классов A F в диапазоне эффективных температур 6000 9000 К. Сравнение с опубликованными данными других авторов показало хорошее

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ A-F-ЗВЕЗД

187

Табл. 2

Фундаментальные параметры звезд и сравнение с опубликованными данными

Номер Звезда Teff, К Teff, К log g log g Vmic; Масса,

HD опубл. опубл. км/с M/M©

2628 28 And 7100 ± 170 7260 [7] 3.7 3.6 [7] 3 2

20902 Alfa Per 6360 ± 20 1.9 3 7

27962 68 Tau 8910 ± 160 9025 [8] 4.1 3.95 [8] 3 2.3

32115 7350 ± 70 7250 [11] 4.2 4.2 [12] 3 1.3

72037 2 UMa 7900 ± 65 7920 [9] 4.1 4.2 [9] 3 1.8

78362 Tau UMa 7030 ± 80 7390 [13] 3.8 4.2 [13] 3 1.8

95608 60 Leo 8970 ± 150 8840 [10] 4.2 4.1 [10] 3 2

142860 41 Ser 6370 ± 80 4.2 1.5 1.2

146136 94 Her 6740 ± 10 2.4 2.5 5

165908 99 Her 6080 ± 15 6050 [7] 4.2 4.5 [7] 1.5 1

166230 101 Her 8080 ± 100 3.6 2 2.5

173648 6 Lyr 7980 ± 15 3.7 3 2

182564 58 Dra 8510 ± 105 3.7 2 2.5

189849 15 Vul 7670 ± 20 3.5 2.5 2.25

195295 41 Cyg 6700 ± 40 6570 [5, 6] 2.4 2.3 [5, 6] 3 5

согласно для ряда общих звезд. Полученные фундаментальные физические параметры будут использованы для расчета химического состава атмосфер указанной группы звезд.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект Л*1'13-02-00351-а).

Авторы благодарны сотрудникам национальной обсерватории ТЮБИТАК (Турция) за предоставление телескопа РТТ-150 для исследований.

Summary

О.A. Al-Hawi, I.F. Bikmaev, S.S. Melnikov, M.I. Bikmaeva, N.A. Sakhibullin. Determination of the Fundamental Parameters of Atmospheres of A F Stars.

In this work, the fundamental atmospheric parameters (effective temperature Teg, surface gravity log g, microturbulent velocity Kmc) of the group of A-F-type stars have been determined. Main sequence and supergiant. stars in the temperature range of 6000 9000 К have been included in the group of stars under study. The obtained fundamental parameters are necessary for chemical abundance calculation using atmosphere modeling approach. The comparison with the published values of the parameters determined by other authors has been performed. The differences with the published values are within the accidental errors of parameters determination.

Keywords: A F-t.ype stars, fundamental parameters of atmospheres.

Литература

1. Hauck В., North P. Effective temperature of Ap and Am stars from Geneva photometry // Astron. Astrophys. 1993. V. 269, No 1 2. P. 403 410.

2. Melendez J., Ramirez I. IRFM temperature calibrations for the Vilnius, Geneva, RI(C) and DDO photometric systems // Astron. Astrophys. 2003. V. 398, No 2. P. 705 719.

3. Blackwe.ll D.E., Lynas-Gray A.E. Determination of the temperatures of selected ISO flux calibration stars using Infrared Flux Method // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1998. V. 129, No 3. P. 505 515.

4. Maeder A., Meynet G. Tables of isoclirones computed from stellar models with mass loss and overshooting // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1991. V. 89, No 3. P. 451 467.

188

О.А. АЛЬ-ХАВИ И ДР.

5. Lyubimkov L.S., Lambert D.L., Korotin S.A., Poklad D.B., Rachkovskaya T.M., Rustupchin S.I. Nitrogen enrichment in atmospheres of A- and F-t.ype supergiant.s // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2011. V. 410, No 3. P. 1774 1786.

6. Lyubimkov L.S., Lambert D.L., Rustupehin S.I., Rachkovskaya T.M., Poklad D.B. Accurate fundamental parameters for A-, F- and G-t.ype Supergiant.s in the solar neighbourhood // Мои. Not. R. Ast.ron. Soc. 2010. V. 402. No 2. P. 1369 1379.

7. Adelman S.J., Caliskan H., Kocer D., Cay I.E., Tektunali E.G. Elemental abundance analyses with DAO spectrograms XXIII. The superficially normal stars 28 And (A7 III) and 99 Her (F7 V) // Мои. Not. R. Ast.ron. Soc. 2000. V. 316, No 3. P. 514 518.

8. Gebran M., Vick M., Monier R., Fossati L. Chemical composition of A and F dwarfs members of the Hyades open cluster // Ast.ron. Ast.ropliys. 2010. V. 523. P. A71-1 A71-13.

9. Takeda Y., Капу D.-I., Han I., Lee B.-C., Kim K.-M. Can sodium abundances of A-t.ype stars be reliably determined from Na I 5890/5896 lines? // Publ. Ast.ron. Soc. Japan. 2009. V. 61. P. 1165 1178.

10. Shorlin S.L.S., Wade G.A., Donati J.-F., Landstreet J.D., Petit P., Siyut T.A.A., Strasser S. A highly sensitive search for magnetic fields in B, A and F stars // Ast.ron. Astrophys. 2002. V. 392, No 2. P. 637 652.

11. Bikmaev I.F., Ryabchikova T.A., Bruntt H., Musaev F.A., Mashonkina L.I., Belyakova E.V., Shimansky V.V., Barklem P.S., Galazutdinov G. Abundance analysis of two late A-t.ype stars HD 32115 and HD 37594 // Ast.ron. Ast.ropliys. 2002. V. 389, No 2. P. 537 546.

12. Fossati L., Ryabchikova Т., Shulyak D.V., Haswe.ll C.A., Elmasli A., Pandey C.P., Barnes T.G., Zwintz K. The accuracy of stellar atmospheric parameter determinations: a case study wit.li HD 32115 and HD 37594 // Мои. Not.. R. Ast.ron. Soc. 2011. V. 417, No 1. P. 495 507.

13. Eui-Bon-Eoa A. Metal abundances of field A and Am stars // Ast.ron. Ast.ropliys. Suppl. Ser. 2000. V. 144, No 2. P. 203 209.

Поступила в редакцию 14.03.13

Аль-Хави Омар А. Абдулнаби аспирант кафедры астрономии и космической геодезии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.

E-mail: omaralsamarraieyahoo.com

Викмаев Ильфан Фяритович доктор физико-математических паук, профессор кафедры астрономии и космической геодезии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.

E-mail: ibikmaev Qyandex. ru

Мельников Сергей Сергеевич научный сотрудник кафедры астрономии и космической геодезии. Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Рос-

E-mail: smelnikovs Orambler. ru

Викмаева Мадина Ильфановна аспирант кафедры астрономии и космической геодезии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.

E-mail: sirius'20130yandex.ru

Сахибуллин Наиль Абдуллович доктор физико-математических паук, заведующий кафедрой астрономии и космической геодезии. Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.

E-mail: Nail.Sakhibullinekpfu.ru