8.3 Opredelenie fizicheskih harakterictik sharovyh skoplenii

Lekciya 8. Sharovye zvezdnye skopleniya

8.3 Opredelenie fizicheskih harakterictik sharovyh skoplenii

Rassmotrim teper' metody opredeleniya izbytkov cveta i modulei rasstoyaniya sharovyh skoplenii. V otlichie ot rasseyannyh skoplenii, dlya kotoryh v bol'shinstve sluchaev nablyudayutsya dostatochno bol'shie otrezki glavnoi posledovatel'nosti, izbytki cveta i moduli rasstoyanii sharovyh skoplenii tol'ko v poslednee vremya nachinayut opredelyat'sya putem sovmesheniya fotometricheskih diagramm. Bol'shuyu rol' v etom sygral vneatmosfernyi Habblovskii teleskop. Zavisimost' polozheniya zvezd na dvuhcvetnoi diagramme odnovremenno i ot soderzhaniya metallov i ot mezhzvezdnogo pokrasneniya prepyatstvuet tochnomu provedeniyu linii nepokrasnevshih zvezd dlya dannogo skopleniya. To zhe kasaetsya i nachal'noi glavnoi posledovatel'nosti ili teoreticheskih izohron, s kotorymi sleduet sovmeshat' posledovatel'nosti skopleniya dlya polucheniya modulya rasstoyaniya. Eshe let 15 nazad lish' neskol'ko blizhaishih skoplenii byli profotometrirovany dostatochno gluboko, chtoby byla vidna glavnaya posledovatel'nost'. Krome togo, opredeleniyu izbytkov cveta putem sovmesheniya posledovatel'nostei na dvuhcvetnoi diagramme meshaet to, chto velichina U sistemy UBV opredelyaetsya s bol'shim trudom dlya krasnyh slabyh zvezd, iz kotoryh v osnovnom sostoyat sharovye skopleniya i kotorye dayut malyi potok v ul'trafioletovoi oblasti spektra. Iz-za etogo pronicayushaya sposobnost' priborov v etoi polose sushestvenno nizhe, chem v polosah B i V. Poetomu v bol'shinstve sluchaev dlya opredeleniya izbytkov cveta, modulei rasstoyaniya i vozrastov ispol'zovalis' kosvennye metody - po pokazatelyam cveta i absolyutnym zvezdnym velichinam otdel'nyh strukturnyh elementov GR-diagrammy. Tak, izbytok cveta mozhno ocenit' po pokazatelyu cveta granic polosy nestabil'nosti, dlya kotoryh mozhno ocenit' vliyanie soderzhaniya metallov.

Moduli rasstoyanii sharovyh skoplenii chashe vsego ocenivayutsya po srednim absolyutnym velichinam zvezd tipa RR Liry, to est' po absolyutnoi zvezdnoi velichine gorizontal'noi vetvi. Soglasno rezul'tatam Kachchiari i Chaboie (SShA), absolyutnuyu zvezdnuyu velichinu gorizontal'noi vetvi v zavisimosti ot soderzhaniya tyazhelyh elementov v zvezdah skopleniya mozhno vychislit' po formule: M_V = 0.23[Fe/H] + 0.92.

S neskol'ko bol'shei oshibkoi moduli rasstoyanii opredelyayutsya po polozheniyu verhnei tochki vetvi krasnyh gigantov, etot metod, s uchetom vliyaniya soderzhaniya metallov, ispol'zuetsya vo vnegalakticheskoi astronomii dlya ocenivaniya rasstoyanii do razreshaemyh na zvezdy galaktik, prezhde vsego - karlikovyh ellipticheskih.

Posle poyavleniya trigonometricheskih parallaksov Hipparcos, zavisimost' polozheniya GPNV ot metallichnosti dlya krasnyh karlikov byla postroena i dlya malometallichnyh zvezd polya. Poetomu stalo vozmozhno dlya nekotoryh skoplenii ispol'zovat' metod sovmesheniya.

Nedavno stal ispol'zovat'sya eshe odin metod - sovmeshenie posledovatel'nostei belyh karlikov tipa DA.

Kak vidim, problema opredeleniya izbytkov cveta i modulei rasstoyanii sharovyh skoplenii v nashe vremya okonchatel'no ne reshena, nesmotrya na kolossal'nye usiliya issledovatelei. V slishkom slozhnyi uzel okazyvayutsya zavyazany izbytki cveta, svetimosti i himicheskii sostav zvezd etih ob'ektov, v tom chisle i soderzhanie geliya (kotoroe takzhe vliyaet na polozhenie zvezdy na GR-diagramme). Odnako est' nadezhda, chto bystroe nakoplenie nablyudatel'nyh dannyh pozvolit snyat' imeyushiesya problemy v blizhaishie gody.

Ne men'shie problemy vyzyvaet i ocenka stol' vazhnoi dlya astronomii velichiny, kak vozrasty sharovyh skoplenii. Prichem ne tol'ko maksimal'nogo vozrasta samyh staryh sharovyh skoplenii, no i ih otnositel'nyh vozrastov. Naibolee uverenno vozrasty nahodyat po koordinatam tochek povorota skoplenii na GR-diagramme. Metody opredeleniya vozrastov sharovyh skoplenii s pomosh'yu teoreticheskih izohron mozhno svesti k dvum osnovnym. Pervyi, nazyvaemyi vertikal'nym metodom, osnovan na opredelenii raznosti zvezdnyh velichin mezhdu gorizontal'noi vetv'yu i tochkoi povorota glavnoi posledovatel'nosti (ΔV) na diagramme pokazatel' cveta - zvezdnaya velichina (sm. ris. 8.3). Glavnoe dostoinstvo metoda sostoit v ego nezavisimosti ot mezhzvezdnogo pokrasneniya, poskol'ku zvezdnye velichiny tochki povorota i gorizontal'noi vetvi opredelyayutsya pri odnom i tom zhe znachenii pokazatelya cveta. V kachestve svetimosti gorizontal'noi vetvi chashe vsego prinimaetsya absolyutnaya zvezdnaya velichina peremennyh zvezd tipa RR Liry. Zatem, znaya sootnoshenie mezhdu M_V(RR) i [Fe/H] (sm. vyshe) i izmeriv velichinu ΔV po nablyudaemoi GR-diagramme skopleniya, vychislyayut svetimost' tochki povorota i nahodyat vozrast skopleniya. Oshibka pri ispol'zovanii etogo metoda voznikaet glavnym obrazom iz-za slozhnosti opredeleniya zvezdnoi velichiny tochki povorota, poskol'ku v etom meste glavnaya posledovatel'nost' parallel'na osi ordinat, t.e. zvezdnyh velichin. Krome togo, metod neprimenim dlya skoplenii, u kotoryh liridy otsutstvuyut. V etom sluchae ispol'zuetsya drugoi - gorizontal'nyi metod. (Metod pohozh na metod Vasilevskogo, razrabotannogo dlya rasseyannyh skoplenii, - sm. predydushuyu lekciyu). V nem izmeryaetsya raznost' v cvete Δ(B-V) mezhu tochkoi povorota glavnoi posledovatel'nosti, polozhenie kotoroi, tak zhe kak i ee svetimost', zavisit ot vozrasta, i osnovaniem vetvi krasnyh gigantov, polozhenie kotorogo, naoborot - ot vozrasta ne zavisit, no zavisit ot metallichnosti. Ideyu metoda predlozhili VandenBerg i dr. (1990). Metod naibolee polezen pri sravnenii otnositel'nyh vozrastov skoplenii s odinakovymi metallichnostyami. Takim obrazom, tochnost' togo ili inogo metoda zavisit ot togo, naskol'ko realistichno postroeny diagrammy cvet-zvezdnaya velichina i naskol'ko tochno vypolneny izmereniya mezhdu tochkoi povorota i gorizontal'noi vetv'yu (ili vetv'yu krasnyh gigantov). Sam modul' rasstoyaniya ne mozhet byt' opredelen s tochnost'yu vyshe ± 0.2^m, chto, v svoyu ochered', privodit k oshibke v opredelenii vozrasta poryadka 25%.

Nado skazat', chto v naibolee chasto ispol'zuemom metode, kogda vozrasty sharovyh skoplenii ocenivayutsya po svetimostyam tochek povorota, raznica v vozrastah mezhdu skopleniyami s raznymi soderzhaniyami tyazhelyh elementov ochen' sil'no zavisit ot prinimaemoi svyazi mezhdu svetimost'yu i metallichnost'yu zvezd gorizontal'noi vetvi. Poetomu bolee molodoi vozrast sravnitel'no bogatyh metallami sharovyh skoplenii vse eshe stavitsya pod somnenie. Metodom ocenki vozrasta po effektivnoi temperature zvezd tochki povorota, predpolagayushim sovpadenie polozhenii vetvei krasnyh gigantov skoplenii odinakovoi metallichnosti, poluchayut tol'ko raznicu v vozrastah mezhdu skopleniyami. Otnositel'nye vozrasty v etom sluchae poluchayutsya bolee dostovernymi. Poetomu, poluchennye etim metodom na neskol'ko milliardov let bolee nizkie vozrasty u nekotoryh, v osnovnom malometallichnyh skoplenii, seichas ne vyzyvayut somneniya.

Na ris. 8-7 privedeno raspredelenie sharovyh skoplenii nashei Galaktiki po vozrastam, naidennym opisannymi vyshe metodami. Dlya bol'shinstva skoplenii vozrasty polucheny neskol'kimi avtorami i vse opredeleniya svedeny v edinuyu shkalu, chto bylo neobhodimo iz-za razlichiya ispol'zuemyh teoreticheskih izohron. Raspredelenie demonstriruet rezkii maksimum na ?15 mlrd. let, krutoi obryv k ?17 mlrd. let i plavnoe spadanie vplot' do ?10 mlrd. let. Otsyuda sleduet, chto osnovnaya massa sharovyh skoplenii obrazovalas' odnovremenno, no zametnaya ih dolya okazyvaetsya znachitel'no molozhe. Otmetim, chto po rezul'tatam eksperimenta WMAP vozrast Vselennoi raven 13.7· 10⁹ let, tak chto mezhdu etoi velichinoi i maksimal'nym vozrastom sharovyh skoplenii na ris. 8-7 est' znachitel'noe rashozhdenie. Odnako utochnenie teorii zvezdnoi evolyucii v stremlenii soglasovat' momenty obrazovaniya Vselennoi i samyh staryh zvezd vryad li privedet k iskazheniyu otnositel'nyh vozrastov sharovyh skoplenii, togda kak imenno poslednie nas i interesuyut v pervuyu ochered' v ramkah dannogo uchebnika.

Prakticheski vse sharovye skopleniya soderzhat znachitel'noe chislo . Poyavilas' interesnaya gipoteza, ob'yasnyayushaya poyavlenie odinochnyh zvezd vyshe tochki povorota GP. Po etoi gipoteze imeyut yadra, obogashennye geliem, chto privodit k smesheniyu takih zvezd na GR-diagramme v golubuyu storonu - k posledovatel'nosti gelievyh zvezd. A rozhdayutsya zvezdy s obogashennymi geliem yadrami putem sliyaniya komponentov tesnyh dvoinyh sistem. Pri etom bol'shie massy poluchayushihsya v processe sliyaniya odinochnyh zvezd privodyat k bol'shim svetimostyam, chto sdvigaet ih vverh otnositel'no obychnyh odinochnyh zvezd GP.

V sharovyh skopleniyah vstrechayutsya takzhe planetarnye tumannosti i pul'sary, chto podcherkivaet vazhnost' issledovaniya etih zvezdnyh gruppirovok dlya teorii zvezdnoi evolyucii.

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 >>