УДК 524.387
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРЕДКАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ SDSS J212531-010745
(©2015 г. В. В. Шиманский1*, Н.В.Борисов2, Д. Н. Нуртдинова1, Ю. Н. Соловьева1, Н. А. Сахибуллин1, О. И. Спиридонова2
'Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
2Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, Нижний Архыз
Карачаево-Черкесской Республики, Россия Поступила в редакцию 12.08.2014 г.; принята в печать 24.09.2014 г.
Выполнен анализ оптического излучения и получен набор фундаментальных параметров предка-таклизмической переменной БОББ Л212531-010745, содержащей в качестве главной компоненты звезду типа РО 1159. Спектроскопические и многополосные фотометрические наблюдения объекта выполнены в 2008—2011 гг. на телескопах БТА и Цейсс-1000 САО РАН. Орбитальные кривые блеска системы имеют форму, близкую к синусоиде с амплитудой, возрастающей с длиной волны от Дш = 0.40т в полосе В до Дш = 0.73т в полосе Я. В спектрах наблюдаются линии поглощения Не11 и нейтральных атомов металлов в комбинации с эмиссионными линиями Н1, Не1, СII, М^П, Ре11, интенсивность которых синхронно повышается с ростом блеска системы. Установлено, что оптическое излучение БОББ Л212531-010745 имеет композиционный характер и соответствует модели предкатаклизмической переменной с сильными эффектами отражения. Методом кросс-корреляции измерены лучевые скорости и получены значения масс компонент. Выполнено численное моделирование кривых блеска, лучевых скоростей и спектров системы с определением полного набора ее параметров. Обнаружены заметные (до 1 ёех) аномалии химического состава вторичной компоненты. Показано, что характеристики главной компоненты соответствуют эволюционным прогнозам для ЭЛО-карликов с массой М « 0.5 М®, а вторичной компоненты — для маломассивных звезд главной последовательности солнечной металличности.
DOI: 10.7868/80004629915030068
1. ВВЕДЕНИЕ
Предкатаклизмические переменные (ПП) являются одним из многочисленных классов тесных двойных систем, прошедших стадию общей оболочки [1]. В этой стадии главная компонента, расширяясь до размеров сверхгиганта, поглощает вторичную. В результате возникает возможность для протекания разных типов взаимодействий компонент, включающих их торможение, перемешивание внутренних слоев, обмен веществом и энергией. После сброса общей оболочки обе компоненты оказываются в очень неравновесных состояниях и испытывают быструю эволюцию на диаграмме Герцшпрунга—Ресселла. Кроме того, первичный химический состав их атмосфер искажается вследствие обогащения гелием и тяжелыми элементами, синтезированными в ядре сверхгиганта на поздних стадиях эволюции и вынесенными на поверхность при механическом взаимодействии компонент. Исследования химического состава ряда тесных двой-
Е-шаП: Slava.Shimansky@kpfu.ru
ных систем (см., например, [2—5]) показали в содержании элементов аномалии, вызванные действием водородного и углеродно-азотного циклов, а-процесса и других ядерных реакций. Однако амплитуда таких аномалий не превышала 0.4 dex для гелия и 1.2 dex для элементов группы CNO, что слабо влияло на физическое состояние и эволюцию внутренних слоев и атмосфер исследованных систем.
Одновременно в 80-е гг. прошлого века был открыт [6—8] класс горячих белых карликов (часто с окружающими планетарными туманностями), обладающих быстрой (Pphot = 3m—15m) пульсаци-онной переменностью и названных звездами типа PG 1159 или GW Vir [9]. Первые исследования их ультрафиолетовых и оптических спектров [10—12] обнаружили доминирование в их атмосферах гелия, углерода, кислорода и других тяжелых элементов при несущественном содержании водорода (менее 5%). Очевидно, что такой химический состав атмосфер связан с пульсацией звезд, при которой вещество ядер выносится на поверхность. У ря-
да звезд типа РО 1159 (например, КРО 0005 + + 5106 [13]) аномальный химический состав обнаружен при отсутствии заметных пульсаций, что свидетельствует об их недавнем выходе из состояния пульсационной неустойчивости. Отметим, что физические характеристики таких звезд близки к характеристикам главных компонент молодых ПП. В результате вероятно существование значительного числа молодых ПП, содержащих звезды типа РО 1159, аномальный химический состав которых мог оказать влияние на эволюцию, физическое состояние и излучение систем.
Звезда БОББ Л212531-010745 впервые классифицирована [14] как ОВ-карлике близким спутником спектрального класса М на основании анализа наблюдений проекта БОББ. Позднее Сильвестри и др. [15] включили объект в список тесных двойных систем с композиционными спектрами и эмиссиями в профилях бальмеровских линий. Принадлежность БОББ Л212531-010745 к группе молодых ПП установлена в работе Нагеля и др. [16]. Они показали, что главная компонента является белым карликом ОАО-класса с параметрами атмосферы
Т^ ~ 90 000 К и ^ д < 7.6. В наблюдаемых кривых блеска найдены синусоидальные [16] колебания с амплитудой Дту = 0.71т в шкале орбитального периода РогЬ = 0.28984й, обусловленные действием сильных эффектов отражения. Вариации блеска, связанные с пульсациями белого карлика, не были обнаружены, но химический состав его атмосферы характеризуется аномально высокими избытками гелия N(И)/Ж(Не) = 0.01 и углерода N(С)/N(Не) = 0.08. Поэтому Нагель и др. [16] классифицировали БОББ Л212531-010745 какПП со звездой типа РО 1159. Массы главной и вторичной компонент системы оценены ими на уровне Ы\ = 0.6 М© и М2 = 0.4 М©, что предполагает принадлежность холодной звезды к спектральному классу К. Позднее Щух и др. [17] на основе изучения лучевых скоростей компонент получили от-М2
ношение их масс 0.83, что повысило оценку
массы холодной звезды до М2 = 0.46 М©. Одновременно они провели модельный анализ оптических спектров системы и заметно изменили параметры атмосферы белого карлика (Те^ & 72 000 К и ^ д < 7.1). Однако авторы [17] отметили, что точные параметры обеих компонент могут быть найдены только вместе со значением угла наклона орбиты г при моделировании ее кривых блеска с учетом эффектов отражения.
Сильные аномалии химического состава в БОББ Л212531-010745 несомненно влияют на формирования эффектов отражения в ее кривых
блеска и спектрах. В частности, низкое содержание водорода и высокое содержание гелия в атмосфере белого карлика должно приводить к усилению излучаемого потока в лаймановском континууме (Л < 912 A) при его полном отсутствии за порогом ионизации с основного уровня HeI (Л < 504 A). В результате вторичная компонента облучается, в основном, в частотах с максимальной непрозрачностью ее атмосферы, что обусловливает образование в ней мощной лаймановской хромосферы и сильных эмиссионных линий в оптическом диапазоне спектра. Анализ таких эффектов необходимо проводить на основе расчетов моделей атмосфер обеих компонент с вариациями содержаний основных химических элементов. В рамках данной работы этот подход реализован нами при комплексном исследовании спектроскопических и фотометрических наблюдений SDSS J212531-010745. В итоге показано, что основная часть наблюдательных данных корректно описывается при наборе параметров системы, существенно отличных от полученных ранее. Одновременно некоторые детали в спектрах объекта не могут быть описаны при любом химическом составе компонент.
Раздел 2 содержит информацию о выполненных спектроскопических и фотометрических наблюдениях и их первичной обработки. Методика моделирования излучения и исследование наблюдаемых кривых блеска с определением части параметров описаны в разделе 3. В разделе 4 представлены итоги измерения и анализа лучевых скоростей компонент. Раздел 5 включает результаты расчетов теоретических спектров системы и их сравнения с наблюдаемыми спектрами.
2. НАБЛЮДЕНИЯ 2.1. Фотометрия
Фотометрические наблюдения SDSS J212531-010745 выполнены в ночи 28/29 и 29/30 августа 2011 г. на многополосном штатном фотометре 1-м телескопа Цейсс-1000 САО РАН. Нами использовался ПЗС-приемник азотного охлаждения EEV CCD 42-40 размером 2048 х 2048 пикс. и набор широкополосных фильтров, реализующих фотометрическую систему Коузинса. При проведении наблюдений задавалась одинаковая продолжительность экспозиций в 200 с с чередованием фильтров в полосах B, V и Rc (далее — R). В итоге при хороших астроклиматических условиях со средним размером звезд около 2" накоплено 115 изображений поля SDSS J212531-010745 (39 в полосе B ипо38в полосах V и R), покрывающих все фазы ее орбитального периода. Их обработка выполнена с применением стандартных процедур
в комплексе редукции астрономических данных MAXIM DL. В качестве объектов сравнения были выбраны две звезды близкого цвета и яркости, расположенные в поле ПЗС-матрицы. Анализ постоянства блеска 6 звезд поля, обработанных одновременно с SDSS J212531-010745, показал, что ошибки дифференциальной фотометрии системы в обе ночи наблюдений составили Am = 0.02m в полосах V и R и Am = 0.03m в полосе B.
2.2. Спектроскопия
Спектроскопические наблюдения SDSS J212531-010745 проведены в ночи 9/10-11/12 августа 2008 года, 27/28-30/31 августа 2009 г. и 1/2-4/5 августа 2010 г. на редукторе светосилы SCORPIO [18] телескопа БТА САО РАН, работающем в режиме спектроскопии с длинной щелью. Применение гризмы VPHG1200g (1200 штр./мм) и приемника EEV 42-40 CCD (2048 х 2048 пикс. размером 13.5 мкм х 13.5 мкм) обусловили разрешение спектров AA œ 5 A в интервале длин волн A A = 4050—5850 A. Было накоплено 59 спектрограмм в 19 блоках с равной продолжительностью экспозиций в 5 мин. Наблюдения в ночь 27.08.2009 проводились в удовлетворительных условиях с размером звездных изображений r = 2.3", в остальные ночи — в хороших и отличных условиях с r < 1.5". С целью повышения отношения сигнал/шум и корректного исключения искажений космическими частицами нами выполнено медианное усреднение спектрограмм внутри каждого блоков. В итоге отношение сигнал/шум в полученных спектрах составило S/N = 31—93 в зависимости от яркости объекта и числа усредненных спектрограмм. Для получения калибровок потоков излучения и шкалы длин волн одновременно с SDSS J212
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.