научная статья по теме ХАРАКТЕР АКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТИПА И ГЛУБИНА КОНВЕКТИВНОЙ ЗОНЫ Астрономия

Текст научной статьи на тему «ХАРАКТЕР АКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТИПА И ГЛУБИНА КОНВЕКТИВНОЙ ЗОНЫ»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2013, том 90, № 9, с. 765-776

УДК 524.316-56-4

ХАРАКТЕР АКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТИПА И ГЛУБИНА КОНВЕКТИВНОЙ ЗОНЫ

© 2013 г. М. М. Кацова1*, М. А. Лившиц2, Т. В. Мишенина3

1Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва, Россия

2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук, Троицк Моск. обл., Россия

3Астрономическая обсерватория Одесского национального университета им. И.И. Мечникова, Одесса, Украина Поступила в редакцию 29.03.2013 г.; принята в печать 04.04.2013 г.

Рассматривается происхождение активности солнечного типа у маломассивных поздних звезд. По спектральным данным изучена связь между уровнем активности ^ И'Нк, обилием лития ^А^) и скоростью осевого вращения. Выявлена тесная корреляция между ^ АЩ) и ^ Я'Нк у двух групп G-звезд — горячее и холоднее Солнца. Эта связь наилучшим образом выражена при высокой активности, причем в группе G6—K3 карликов, среди которых много переменных типа BY Dra, она выражена несколько лучше, чем у F8—G5 звезд. Для звезд с высокой активностью подтверждено, что как обилие лития, так и уровень активности определяются скоростью вращения, зависящей от возраста. Обилие лития по-разному связано с хромосферной активностью в зависимости от ее уровня. Более холодные звезды с обнаружимым литием и хромосферой, как у Солнца, обладают заметно более мощной короной. Такое изменение соотношения между относительными светимостями хромосферы и короны при умеренном уровне активности надежно прослеживается на более обширном массиве данных. Различное соотношение активности хромосферы и короны у более холодных и более горячих G-звезд может отражать то, что толщина их конвективной зоны оказывается больше или меньше некоторого критического значения. Это согласуется с такими наблюдательными фактами, как особенности вращательной модуляции, корреляция и антикорреляция индексов хромосферной и фотосферной активности звезд горячее и холоднее Солнца. Физически это означает, что характер активности может быть связан с изменением вклада крупномасштабных и локальных магнитных полей в ее формирование. Полученные результаты подтверждают высказанную авторами ранее идею о различных путях эволюции активности солнечного типа и могут использоваться для уточнения метода оценки возраста по уровню активности (гирохронологии).

DOI: 10.7868/80004629913090028

1. ВВЕДЕНИЕ

Все большее количество новой информации появляется о характере активных процессов, происходящих на Солнце и других поздних звездах малых масс. Возникают новые возможности для выявления различий особенностей активности вдоль нижней части диаграммы Герцшпрунга— Рассела. Широко обсуждается зависимость активности от возраста — в частности, переход от солнечного уровня к насыщению. При этом физически ясна связь между уровнем активности и повышенным обилием легких элементов, характерным для более молодых объектов. Проблема связи обилия лития и хромосферной активности стала

E-mail: livshits@izmiran.ru

обсуждаться свыше 20 лет тому назад, в основном для молодых звезд, не дошедших до главной последовательности, и для проэволюционировавших звезд типа RS CVn, среди которых много поздних субгигантов. Отметим здесь работу [1], в которой проанализировано влияние поверхностных неод-нородностей (пятен) и нестационарных процессов (вспышек) на обилие лития. Вопрос оказался до такой степени сложным, что, несмотря на большое количество теоретических исследований и наблюдательных работ, особенно по рассеянным скоплениям, с определенностью можно утверждать только то, что у этих объектов существование такой связи обусловлено собственно эволюцией звезд. Труднее понять, откуда возникает зависи-

N 20-

1510-

(a)

0 ■ ■ I

-5.2 -5.0 -4.

4.6 -4.4 -4.2 -4.0

20

15

10

(б)

X

40

30-

20

10

-5.2 -5.0 -4.8 -4.6 -4.4 -4.2 -4.0 (в)

"Г^--

-5.2 -5.0 -4.

-4.6 -4.4 -4.2 -4.0 lg RHк

Рис. 1. Гистограммы исследуемых массивов: (а) — наблюдения [4], (б) — расширенный массив данных с обнаружимым обилием лития (см. текст), (в) — звезды, содержащие литий, вместе с активными звездами поля.

мость обилия лития от активности у звезд главной последовательности.

Мы обратились к этой проблеме еще и потому, что анализ данных об активности большого количества поздних звезд позволил нам высказать гипотезу о различии путей эволюции активности звезд горячее и холоднее Солнца. Одна из причин различий может быть связана с толщиной конвективной зоны. Известно, что обилие лития чувстви-

тельно к температуре плазмы в области нижней границы конвективной зоны: когда эта температура достигает примерно 2 МК, происходит эффективное выгорание лития. Поэтому обилие лития в принципе может служить тестом для проверки реальности высказанной гипотезы.

Статья содержит анализ наблюдений линии лития в спектрах 150 звезд. Полученные оценки обилия лития сопоставлены с фундаментальными параметрами звезд и характеристиками их хромо-сферной и корональной активности. Рассмотрены данные о звездах с обнаружимым обилием лития по двум частично пересекающимся массивам, что позволило уточнить полученные корреляции обилия лития и индексов активности. Для уточнения полученных результатов данные о звездах с обнаружимым литием включены в проанализиро-ваный ранее набор поздних звезд, что позволяет построить диаграмму "хромосфера—корона" для всего интервала уровней активности, вплоть до ее насыщения. В заключение кратко обсуждаются наблюдательные свидетельства различия характера активности в мало массивных звездах горячее и холоднее Солнца, а также возможности дальнейшего развития методов оценки возраста звезд по уровню активности.

2. НАБЛЮДЕНИЯ ЛИНИИ ЛИТИЯ В СПЕКТРАХ ЗВЕЗД И ХРОМОСФЕРНАЯ АКТИВНОСТЬ

Наблюдения проведены на 1.93-м телескопе обсерватории Haute Provence (Франция) с эшель-ным спектрографом ELODIE [2]. Спектры в области 4400—6800 A имели разрешение 42 000 и отношение сигнала к шуму S/N от 100 до 350 в области 5500 A. Обработка спектров и результаты измерения обилия лития приведены в работе [3] для 126 звезд, затем добавлены еще 24 звезды [4]. Изучаемый массив состоял из карликов поздних спектральных классов, в которых когда-либо были выявлены проявления активности солнечного типа. В Страсбургской базе астрономических данных значительная часть этих звезд отнесена к типу BY Dra, несколько звезд классифицированы как переменные типа RS CVn, остальные объекты также демонстрируют определенный уровень хро-мосферной или корональной активности, а также присутствие пятен на поверхности. На диаграмме Герцшпрунга—Рассела все эти звезды располагаются практически на главной последовательности. Сравнение распределения изучаемых звезд по уровням хромосферной активности с соответствующей гистограммой для ранее исследованных звезд солнечной окрестности показывает, что этот

5

5

0

0

новый массив содержит большее количество активных звезд (рис. 1а). Уровень активности максимума этого распределения соответствует среднему уровню активности звезд в Гиадах. Массовое изучение звездной активности, выполненное в последнее десятилетие в рамках программ поиска планет, показывает, что количество звезд с низкой активностью доминирует. Соответствующие гистограммы для звезд поля приводятся во многих работах, в частности, в [5, рис. 1 в].

Спектры всех изучаемых звезд обработаны единым методом. Выделение одномерных спектров и измерение лучевых скоростей выполнено по стандартной программе спектрографа ELODIE. По спектрам определены фундаментальные параметры атмосфер: эффективные температуры Teff, ускорение силы тяжести lg g. Дальнейшая обработка (проведение континуума и измерение эквивалентных ширин) проведена по пакетам программ DECH20 [6]. Это позволяет получить информацию об обилии лития lg A(Li) для наблюдавшихся объектов. Кроме того, определены скорости вращения v sin i из соотношения, прокалиброванного согласно [7].

Повышенное обилие лития регистрируется практически всегда у карликов с возрастом моложе 2 млрд. лет. Это следует и из наших данных. Так, на рис. 2 приведены найденные нами обилия Li для F-, G- и K-карликов. Литий регистрируется надежно примерно у 30% наблюдавшихся объектов. Сравнивая эти данные с определениями обилия Li в звездах рассеянных скоплений с теми же эффективными температурами, видим, что основная группа звезд нашей выборки близка по возрасту членам скопления Гиад. Кроме того, отчетливо проявляется известный эффект истощения лития в области температур 6000—5200 К. Наряду с этим обнаружено несколько звезд с Teff < 5600 K с высоким содержанием лития. Далее будем рассматривать только те звезды, у которых обилие лития определяется уверенно, и исключим несколько самых поздних звезд с показателем цвета B — V > 0.8. Таким образом, наш анализ касается фактически G-звезд.

Поскольку скорость осевого вращения является основным фактором, определяющим уровень активности, мы сопоставили обилие Li с величиной v sin i. Для всего массива звезд связь между этими параметрами оказалась слабой. Выбранные нами G-звезды характеризуются достаточно медленным вращением (v sin i < 6 км/c). При таких скоростях корреляция проявляется более отчетливо у звезд с 5700 К > Teff > 5200 К. Аналогичный эффект более отчетливо выражен в связи индекса хромо-сферной активности с величиной v sin i.

Индексы активности хромосферной активности ^ик для всех рассматриваемых звезд взяты по различным определениям: по результатам НК-проекта [8—10] и по наблюдениям в рамках программ поиска планет вне Солнечной системы [11, 12]. Сравнение величин ^ Я'Нк для общих звезд показывает, что в большинстве случаев данные хорошо согласуются между собой, и расхождения не превышают 0.02—0.03. В некоторых случаях данные проконтролированы по имеющимся у нас спектрам.

Сопоставление обилия Li с хромосферной активностью приведено на рис. 3. Для всех рассматриваемых звезд корреляция является слабой. В основном, последнее связано с тем, что звезды, горячее Солнца, характеризуются более высоким содержанием Li

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком