14.1 Opredelenie himicheskogo sostava zvezd

Lekciya 14. Himicheskaya evolyuciya zvezdnyh naselenii

14.1 Opredelenie himicheskogo sostava zvezd

Termin himicheskii sostav zvezd upotreblyayut dlya oboznacheniya dvuh raznyh ponyatii. Pervoe - eto massovye procentnye sootnosheniya soderzhanii vodoroda, geliya i vseh bolee tyazhelyh elementov - X, Y i Z. Vtoroe - eto detal'nyi himicheskii sostav atmosfer zvezd, opredelyaemyi iz analiza spektrogramm vysokogo razresheniya. Dlya dannogo kursa iznachal'no bylo vazhnee pervoe ponyatie, poskol'ku blagodarya dovol'no vysokoi stabil'nosti otnositel'nyh soderzhanii himicheskih elementov v kosmicheskih ob'ektah razlichnoi prirody o soderzhanii tyazhelyh elementov zachastuyu sudyat po soderzhaniyu v nih zheleza - elementu, naibolee bogatogo liniyami poglosheniya v korotkovolnovoi oblasti vidimogo diapazona spektra u A-F-G-K-zvezd. Polnoe otnositel'noe soderzhanie tyazhelyh elementov dlya bol'shogo kolichestva zvezd proshe vsego nahodit' po dannym fotometrii i imenno po takim opredeleniyam obychno issleduyutsya svyazi evolyucii himicheskogo sostava zvezdnyh naselenii s ih kinematicheskimi svoistvami i dinamicheskoi evolyuciei Galaktiki. K nastoyashemu vremeni detal'nyi himicheskii sostav iz analiza spektrov vysokogo razresheniya uzhe poluchen dlya neskol'kih tysyach zvezd i poetomu on takzhe uzhe mozhet byt' ispol'zovan dlya statisticheskogo ustanovleniya svyazei.

Kratko napomnim mery himicheskogo sostava zvezd. Osnovnoi meroi himicheskogo sostava yavlyaetsya otnositel'noe logarifmicheskoe obilie [Fe/H] = lg(N_Fe/ N_H) - lg(N_Fe/ N_H)_¤, gde (N_Fe/ N_H) - otnoshenie chisla atomov zheleza k chislu atomov vodoroda v zvezde, a (N_Fe/N_H)_¤ - takoe zhe otnoshenie na Solnce. Znaya iz detal'nogo spektroskopicheskogo analiza obshee soderzhanie po masse vseh himicheskih elementov na Solnce (≈ 1.7%), mozhno legko perevesti otnoshenie [Fe/H] (ili metallichnost') v massovoe soderzhanie tyazhelyh elementov v issleduemoi zvezde. Chashe vsego ispol'zuetsya priblizhennoe ravenstvo [Fe/H] = lg(Z/Z_¤). Eto vyrazhenie spravedlivo pri uslovii, chto proporciya metallov i ?-elementov, dayushih osnovnoi vklad v Z, u rassmatrivaemyh zvezd odinakova i sovpadaet s solnechnoi. Odnako metallichnost' ne vsegda horosho korreliruet s obshim soderzhaniem v zvezdah vseh elementov tyazhelee geliya. Tak, my pomnim, chto na pozdnih stadiyah evolyucii zvezd srednih mass ?-elementy, sozdavaemye pri gorenii geliya v sloevyh istochnikah zvezdnyh obolochek, vynosyatsya na poverhnost', tak chto spektral'nyi analiz daet povyshennoe ih soderzhanie otnositel'no kak vodoroda, tak i zheleza. Vysokie (v 2-3 raza bol'shie, chem na Solnce) otnositel'nye soderzhaniya nekotoryh elementov, v tom chisle i kisloroda, nablyudayutsya v staryh zvezdah s nizkim obiliem zheleza, prinadlezhashih galo i tolstomu disku Galaktiki. I naoborot, pri stol' zhe malom obilii zheleza, anomal'no nizkie otnositel'nye soderzhaniya ?-elementov chasto nablyudayutsya v zvezdah, obrazovavshihsya iz veshestva, ispytavshego otlichnuyu ot galakticheskoi himicheskuyu istoriyu. Inogda dlya togo, chtoby podcherknut', chto pokazatel' metallichnosti otnositsya ko vsem tyazhelym elementam, a ne tol'ko k zhelezu, ispol'zuyut oboznachenie [M/H].

Dlya massovyh ocenok metallichnostei zvezd ispol'zuyut dannye fotometrii. Izvestno neskol'ko fotometricheskih indeksov metallichnosti, otrazhayushih meru blokirovaniya liniyami tyazhelyh elementov v ul'trafioletovoi oblasti spektra. Odin iz nih mozhno poluchit' v shirokopolosnoi UBV-fotometrii. Eto tak nazyvaemyi ul'trafioletovyi izbytok δ(U-B) - smeshenie vdol' osi U-B na dvuhcvetnoi diagramme ot linii nepokrasnevshih zvezd solnechnoi metallichnosti. Etot indeks mozhet byt' poluchen tol'ko dlya nepokrasnevshih odinochnyh zvezd ili rasseyannyh zvezdnyh skoplenii i primenyaetsya dlya zvezd glavnoi posledovatel'nosti spektral'nyh klassov F, G i K. Dlya udobstva indeks privodyat k odnoi velichine pokazatelya cveta (B-V) = 0.^m6, tak kak pri odinakovoi metallichnosti velichina indeksa zavisit ot (B-V).

V srednepolosnoi fotometricheskoi sisteme uvby (sisteme Stremgrena) pokazatelem metallichnosti yavlyaetsya indeks δm₁ - smeshenie po osi m₁ na diagramme pokazatelei cveta (b-y) - m₁. Ego svoistva vo mnogom analogichny indeksu δ(U-B). V rasshirennoi srednepolosnoi sisteme vveden eshe indeks β, izmeryayushii glubinu bal'merovskoi linii N_β, kotoraya dlya F-G-zvezd chuvstvitel'na k temperature. Pri opredelennyh nedostatkah u indeksov metallichnosti est' vazhnoe preimushestvo pered detal'nym issledovaniem spektrov - massovost' i prostota opredeleniya. Poetomu raspredeleniya soderzhanii tyazhelyh elementov sredi zvezd raznyh tipov chashe vsego issleduyut po fotometricheskim metallichnostyam.

V kachestve pokazatelya metallichnosti dlya peremennyh zvezd tipa RR Liry ispol'zuetsya tak nazyvaemyi indeks Prestona - ΔS. Etot indeks predstavlyaet soboi raznost' spektral'nyh podklassov, opredelennyh dlya dannoi zvezdy po vodorodnym liniyam i linii K ionizovannogo kal'ciya: ΔS = 10[Sp(H) - Sp(KCaII)]. Pri etom u zvezd s solnechnym soderzhaniem metallov ΔS ≅ 0, a u samyh malometallichnyh zvezd ΔS ≅ 11.

Dlya vseh ukazannyh indeksov postroeny kalibrovki - formuly perehoda ot indeksov k velichinam [Fe/H]. Obychno eto lineinye (rezhe kvadratichnye) zavisimosti, poluchaemye s pomosh'yu nadezhnyh spektral'nyh opredelenii [Fe/H] bol'shogo chisla zvezd.

K nastoyashemu vremeni bolee chem dlya dvuh tysyach blizkih zvezd polya raznyh tipov opredeleny metallichnosti po spektram vysokogo razresheniya. Razlichnymi metodami opredeleny srednie metallichnosti prakticheski dlya vseh sharovyh skoplenii i bolee chem dlya sta rasseyannyh skoplenii. Tochnost' opredeleniya velichiny [Fe/H] odnoi zvezdy spektral'nymi metodami imeet poryadok 0.10 - 0.15. Priblizitel'no tu zhe vnutrennyuyu tochnost' dayut i fotometricheskie indeksy, no oni eshe nesut v sebe sistematicheskie oshibki, v chastnosti - oshibki kalibrovochnyh sootnoshenii.

Ocenki indeksov metallichnosti zvezd i zvezdnyh skoplenii rasseyany po bol'shomu chislu nauchnyh rabot. Odnako osnovu statisticheskih issledovanii himicheskogo sostava zvezd, v tom chisle i provedeniya kalibrovok raznyh indeksov metallichnosti, sostavlyayut kompilyativnye katalogi spektroskopicheskih opredelenii velichin [Fe/H], regulyarno publikuemye Kerel' de Strobel' s sotrudnikami. Krome togo, v 2005 godu Borkovoi i Marsakovym (RGU) opublikovan svodnyi katalog spektroskopicheskih opredelenii parametrov atmosfer, a takzhe soderzhanii zheleza i magniya (predstavitelya ?-elementov) pochti dlya 900 blizkih F-G-zvezd glavnoi posledovatel'nosti. Privedennye v nem harakteristiki zvezd vpervye polucheny s vesovym usredneniem vseh opublikovannyh za (1989 - 2003) gody sootvetstvuyushih velichin, opredelennyh raznymi avtorami metodom sinteticheskogo modelirovaniya spektrov vysokogo razresheniya. Blagodarya dvum i bolee opredeleniyam dlya bol'shinstva zvezd, srednyaya vnutrennyaya oshibka metallichnosti poluchilas' ?[Fe/H] = 0.07. Dlya udobstva resheniya razlichnyh zvezdnoastonomicheskih zadach v kataloge takzhe privedeny komponenty skorostei i elementy galakticheskih orbit dlya vseh zvezd.

Metallichnosti sharovyh skoplenii obychno sobirayut v svodnyh katalogah parametrov etih skoplenii, v chastnosti oni imeyutsya v regulyarno obnovlyaemom kompilyativnom kataloge Harrisa, o kotorom upominalos' vyshe.

Publikacii s klyuchevymi slovami: zvezdnaya astronomiya Publikacii so slovami: zvezdnaya astronomiya
Sm. takzhe: Elene Vyacheslavovne Glushkovoi - 50 ! Konferenciya «Sovremennaya zvezdnaya astronomiya - 2014» Konferenciya "Sovremennaya zvezdnaya astronomiya" K 100-letiyu so dnya rozhdeniya Petra Grigor'evicha Kulikovskogo Lekcii po Galakticheskoi Astronomii. 5–8 Lekcii po Galakticheskoi Astronomii. 3–4 Lekcii po Galakticheskoi Astronomii. 1–2 Vse publikacii na tu zhe temu >>