научная статья по теме СПЕКТРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛТЫХ СВЕРХГИГАНТОВ В РАССЕЯННОМ СКОПЛЕНИИ NGC 129 Астрономия

Текст научной статьи на тему «СПЕКТРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛТЫХ СВЕРХГИГАНТОВ В РАССЕЯННОМ СКОПЛЕНИИ NGC 129»

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 41, № 9, с. 545-560

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛТЫХ СВЕРХГИГАНТОВ В РАССЕЯННОМ СКОПЛЕНИИ NGC 129

© 2015 г. И. А. Усенко*

Кафедра астрономии Одесского национального университета, Украина Поступила в редакцию 04.03.2015 г.

Спектральные исследования трех желтых сверхгигантов в рассеянном скоплении NGC 129 — классической цефеиды DL Cas, SAO 21450 и SAO 21482 — были выполнены по спектрам с высоким разрешением. Для двух непеременных сверхгигантов скопления были впервые определены параметры атмосферы и химический состав. SAO 21450 (Teff = 6541 ± 16 K; lg g = 2.00; Vt = 4.20 км с-1) имеет близкое к солнечному содержание ключевых элементов эволюции желтых сверхгигантов: CNO, Na, Mg и Al; тогда как у SAO 21482 (Teff = 4506 ± 50 K; lg g = 1.10; Vt = 9.90 км с-1) наблюдается избыток углерода ([C/H] = +0.34 dex) и алюминия, и близкие к солнечному содержания N, O, Na и Mg. У цефеиды DL Cas содержание ключевых элементов типично для объекта, прошедшего стадию первого перемешивания, дефицит C, избыток N и Na, близкие к солнечнму содержания O, Mg и Al. У всех объектов содержание [Fe/H] = —0.01 dex, a-элементов, элементов Fe-группы, элементов r-и s-процессов практически одинаковы и близки к солнечному. Измеренные по линиям поглощения металлов лучевые скорости SAO 21482 подтвердили его членство в NGC 129. Ножевидная форма профилей водородных линий Ha иH/3, у SAO 21482, асимметрия линии Mg Ib 5183.618 A у SAO 21482 и DL Cas, а также линий поглощения нейтральных атомов и ионов линий металлов у цефеиды предполагают наличие у них протяженной газовой оболочки. Положение объектов на диаграмме Te¡¡ — L среди треков эволюционных масс объектов показывает, что: 1) основной компонент SAO 21450 имеет массу в 6.6 Mq, приближается впервые к голубой границе полосы нестабильности цефеид (ПНЦ), а его спутник возможного спектрального класса B5 V имеет массу в 4.8 Mq; 2) DL Cas находится на пути ее третьего пересечения ПНЦ с массой в 5.8 Mq и потеряла около 1.5 Mq после стадии первого перемешивания; 3) SAO 21482 с массой не более 7.3 Mq прошла красную границу ПНЦ и, вероятно, выходит на асимптотическую ветвь. Теоретические оценки содержаний CNO-элементов по эволюционным трекам примерно совпадают с наблюдаемыми, а оценки возраста сверхгигантов близки к среднему значению возраста скопления в (7.6 ± 0.4) х 107 лет.

Ключевые слова: цефеиды, непеременные сверхгиганты в рассеянных скоплениях, оптические спектры, параметры атмосфер, химический состав, газовые оболочки, эволюционные модели, рассеянные скопления Галактики.

DOI: 10.7868/80320010815090053

ВВЕДЕНИЕ

Исследования цефеид в рассеянных скоплениях и ассоциациях Галактики с помощью методов современной спектроскопии дают нам уникальную возможность изучить их эволюцию, начиная от прародителей, В-звезд средних масс главной последовательности (ГП), затем, — объектами более высокого класса светимости, проходящими через точку поворота скопления, и заканчивая более холодными сверхгигантами за пределами красной границы полосы нестабильности цефеид (ПНЦ). Прежде всего это касается определения параметров атмосфер звезд скопления, оценки ихэволюци-

Электронный адрес: igus99@ukr.net

онных масс и возраста и, самое главное, исследования и сравнения химического состава этих объектов. При этом главное внимание уделяется оценкам содержаний так называемых ключевых элементов эволюции желтых сверхгигантов: углерода, азота, кислорода, натрия, магния и алюминия. Кроме того, рассеянные скопления и ассоциации, содержащие цефеиды, позволяют с большей точностью определить расстояния, абсолютные звездные величины и значения покраснений для этих пульсирующих сверхгигантов, что очень важно для калибровки зависимости период—светимость—цвет (PLC). Еще один важный момент — это возможность определения металличности этих скоплений по цефеидам, поскольку данные объекты являются

самыми яркими членами, имеют малые скорости вращения и демонстрируют узкие линии поглощения металлов. Исходя из этого, можно также изучить влияние металличности на PLC-зависимость.

В предыдущих работах (Усенко и др., 2001а,б) были исследованы звезды ГП, горячие гиганты в точках поворота и цефеиды в ассоциации Cas OB2 и скоплении Platais 1. Исследования показали, что звезды ГП в рассеянном скоплении и ассоциации имеют большую скорость вращения, и среди них есть объекты класса Am, а гиганты, находящиеся в точках поворота, — это медленно вращающиеся ртутно-марганцевые звезды позднего В-класса.

Рассеянное скопление NGC 129 интересно тем, что оно уже несколько десятилетий подряд служит идеальной целью для определения расстояния и абсолютной звездной величины калибровочной классической цефеиды DL Cas (период пульсации 8 дней) по звездам — членам этого скопления. Многочисленные фотометрические и спектральные (определение лучевых скоростей) наблюдения объектов, входящих в NGC 129, были выполнены Хар-рисом и др. (1987), Мермийо и др. (1987), Тернером и др. (1992), Гиереном и др. (1994). Среднее значение лучевой скорости скопления, оцененное по 14 объектам, составило —36.0 ± 1.8 км с-1 (стандартное отклонение ±6.8 км с-1), возраст — в 7.6 ± ± 0.4 х 107 лет (согласно сетке моделей Шаллера и др., 1992), а значение металличности — близкое к солнечнму. Значение расстояния до скопления в 1670 ± 13 пс, определенное по звездам ГП скопления (Тернер и др., 1992), оказалсь меньше значения в 2034 ± 110 пк, определенного из оценки радиуса цефеиды, полученного методом поверхностной яркости Гиереном и др. (1994). Авторы объясняли столь значительные расхождения в оценках расстояния за счет различия в оценках покраснения для звезд, входящих в скопление. Харченко и др. (2005), используя компиляцию данных для звезд скопления от различных авторов, указали значение расстояния до него в 1625 пк, которое ближе к результату Тернера и др. (1992). Тернер и Берк (2002) отметили существенное различие в оценках тригонометрического гиппарковского параллакса для DL Cas (0^00232 ± 0'/00109) и параллакса скопления, определенного по звездам ГП (0'/0006 ± ± 0^0001). Обе оценки не соответствуют значению в 1625 пк. Ван Лееувен (2007) в своем каталоге приводит значение гиппарковского п = 0'/0022 ± ± 0/./00107 для DL Cas, которое явно не соответствует действительности (в таком случае у цефеиды MV = — 0m96, а расстояние d = 451 пк).

Согласно Тернеру и др. (1992), в состав скопления NGC 129, помимо цефеиды DL Cas, входят два необычных объекта: желтый непеременный сверхгигант SAO 21450 спектрального класса

F2 — F5 Iab (объект A), приближающийся к ПНЦ со стороны голубой границы, и более холодный оранжевый сверхгигант SAO 21482 спектрального класса K0 — K2 Iab (объект AA), вышедший из ПНЦ и находящийся на пути к асимптотической ветви. Получается, что в одном рассеянном скоплении одновременно присутствуют три сверхгиганта, имеющие общий генезис, но находящиеся на разных стадиях звездной эволюции. Следовательно, имеется уникальная возможность исследовать эволюционные особенности каждого из этих трех объектов с помощью спектроскопии.

НАБЛЮДЕНИЯ И ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА

Спектры DL Cas, SAO 21450 и SAO 21482 получены на 6-м телескопе БТА САО АН РФ (Россия) с помощью эшелле-спектрографов РЫСЬ (Панчук и др., 1993) и ПФЭС (Панчук и др., 1997). Первый спектр для DL Cas s10205 с разрешающей силой R œ 24 000 и отношением сиг-нал/шу м 100 для 29 спектральных порядков в спектральном регионе 5500—7850 A, с длиной каждого в œ 50 A, был получен на эщелле-спектрографе РЫСЬ. Второй спектр для DL Cas— s15811 — с разрешающей силой Rœ 14 000 в диапазоне длин волн 5530—7850 A, а также спектры s28503 для SAO 21450 (4340 - 8300 A) и s28505 для SAO 21482 (4300-7875 A). Отношение сигнал/шум на уровне континуума в каждом из 25-26 спектральных порядков составляет 70100. Для калибровки длин волн использовалась ториево-аргоновая лампа. Экстракция одномерных спектров, а также все необходимые процедуры (удаление следов космических частиц, линеаризация, суммирование изображений отдельных срезов) проведены с использованием модифицированного (Юшкин, Клочкова, 2005) контекста ECHELLE пакета MIDAS. Дальнейшая работа со спектрами, включающая нормализацию уровня континуума, измерения эквивалентных ширин с

W\ < 160 м A и лучевой скорости, была выполнена с использованием пакета программ DECH20 (Га-лазутдинов, 1992). Журнал наблюдений приведен в табл. 1. Фазы для DL Cas были рассчитаны согласно элементам Сабадоша (1977):

HJDmax = 2442780.334 + 8.000669^ (1). (1)

Таблица 1. Характеристики спектров сверхгигантов из скопления NGC 129, полученных на 6-м телескопе БТА и измеренные значения лучевой скорости RV

Объект Спектр HJD 2400000+ Фаза Спектральный диапазон, А Число порядков Эксп. (мин) RV±a (км с-1) Число линий

DL Cas s 10205 49708.2681 0.919 5530-7850 26 30 -45.81 + 2.3 221

DL Cas sl5811 50506.3222 0.668 4340-8300 26 30 - —

SAO 21450 s28503 51733.2764 - 4300-7875 25 45 -49.78 + 2.8 396

SAO 21482 s28505 51733.3403 - 4300-7875 25 45 -28.61 + 3.3 553

Таблица 2. Избытки цвета, покраснения, абсолютные звездные величины, радиусы и расстояния для исследуемых сверхгигантов из скопления NGC 129 по данным разных авторов

Объект ЕВ-v (mag) Av (mag) Mv (mag) d (пк) R(Rq) Примечание

DL Cas 0.47 + 0.01 1.50 + 0.15 -3.80 + 0.05 1670+ 13 51.5 + 3 1

0.50 + 0.03 1.50 + 0.15 -4.20 + 0.30 2034+ 110 66 + 3.5 2

- - - - 59 + 6 3

0.47 + 0.01 1.50 + 0.15 -3.80 + 0.05 1670+ 13 55 4

0.55 1.76 + 0.17 -4.00 + 0.17 1625 - 5

0.487 + 0.024 1.56 + 0.15 -3.59 + 0.23 1472+ 165 - 6

SAO 21450 0.58 + 0.01 1.86 + 0.17 -4.10 + 0.05 1670+ 13 38.5 1,7

SAO 21482 0.69 + 0.01 2.21 + 0.21 -4.74 + 0.05 1670+ 13 — 1

1 — По UBV-фотометрии звезд скопления (Тернер и др., 1992), значение радиуса при Teff = 5712 ± 23 K ( Усенко, Ковтюх, 2001);

2 — методом поверхностной яркости (SB) (Гиерен и др., 1994);

3 — методом Бааде-Весселинка (BW) (Сачков и др., 1998);

4 — из зависимости период—светимость—цвет для цефеид в рассеянных скоплениях при Teff = 5650 K (Тернер, Берк, 2002);

5 — по значениям расстояния и EB-V из Харченко

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