ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2012, том 38, № 2, с. 122-137
УДК 524.31.02-36
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕР КРАСНЫХ ГИГАНТОВ С ВЫСОКИМИ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ СКОРОСТЯМИ
© 2012 г. Ю. В. Пахомов*
Институт астрономии РАН, Москва Поступила в редакцию 27.09.2011 г.
Представлены результаты сравнительного анализа содержаний химических элементов в атмосферах 14 красных гигантов, обладающих высокими галактическими пространственными скоростями. Показано, что практически для всех рассмотренных химических элементов тренды их содержаний с металличностью соответствуют трендам, построенным для карликов толстого диска. В случае натрия для красных гигантов основным фактором, влияющим на содержание [Na/Fe] в атмосфере звезды, является значение ускорения силы тяжести, которое характеризует степень развития конвективной оболочки. Подтверждено отличие содержания [Na/Fe] в атмосферах красных гигантов тонкого и толстого дисков.
Ключевые слова: звездная спектроскопия, звездные атмосферы, красные гиганты, звездная эволюция, кинематика, химическая эволюция Галактики.
ВВЕДЕНИЕ
Согласно современным представлениям, наша Галактика представляет собой совокупность подсистем, которые различаются своими размерами, расположением в Галактике, характерными скоростями движения звезд, звездным населением. Самыми известными подсистемами являются ядро, балдж, толстый и тонкий диски и гало. Каждая подсистема может содержать динамические звездные группы или потоки (см., например, Эгген, 1958а, б). На расстоянии около 8.5 кпк от центра Галактики, где расположена Солнечная система, находятся звезды по крайней мере трех подсистем Галактики: толстого и тонкого дисков и гало. Кроме того, во внутренних частях Галактики существуют звезды со значительным эксцентриситетом орбиты, которые могут принадлежать балджу. Для таких звезд характерна повышенная металличность, и среди объектов балджа чаще наблюдаются сверхметаллические звезды (Пахомов и др., 2009б). Звезды гало, наоборот, показывают низкую металличность и большой разброс значений наклонений и эксцентриситетов орбит. Таким образом, изучение движения звезд в окрестностях Солнца, их физических характеристик, содержаний химических элементов в их атмосферах позволяют исследовать структуру и химическую эволюцию Галактики.
Химический состав звездных атмосфер претерпевает изменения при эволюционном переходе
Электронный адрес: pakhomov@inasan.ru
звезды на диаграмме "температура—светимость" от главной последовательности на ветвь красных гигантов. Реакции горения водорода прекращаются в ядре и начинают работать в околоядерном слое. На этом этапе жизни звезды происходят значительные изменения ее структуры: звезда быстро расширяется, образуется обширный конвективный слой, который обеспечивает первое глубокое перемешивание звездного вещества. При этом продукты ядерного горения попадают в атмосферу звезды и становятся доступны наблюдениям. Хорошо известны изменения содержаний элементов CNO-цикла: углерод и кислород уменьшаются примерно на 0.1 —0.3 dex, а азот увеличивается на 0.1 —0.4 dex. Кроме этих элементов изменения могут касаться и других.
Настоящая работа посвящена анализу химического состава красных гигантов, которые имеют галактические скорости, превосходящие типичные значения для звезд тонкого диска окрестностей Солнца, а также основным причинам изменения содержаний химических элементов. Эти изменения отражают не только химическую эволюцию подсистемы Галактики, к которой они принадлежат, но и процессы звездной эволюции.
НАБЛЮДЕНИЯ
Отбор звезд для наблюдений проводился по значениям галактических скоростей, вычисленных на основе редуцированных параллаксов проекта
Таблица 1. Список исследованных звезд со значением вероятности (р) принадлежности некоторым подсистемам Галактики
Р,%
N HD «2000 <^2000 ту Спектральный класс Тонкий диск Поток Геркулеса Толстый диск
1 2901 00h32m47?6 +54°07'11" 6.91 K2III - - 99
2 10550 01 42 43.5 -03 41 24 4.98 K3II-III 27 58 13
3 92095 10 39 05.7 +53 40 05 5.55 кзш 16 - 83
4 94600 10 55 44.4 +33 30 25 5.02 КПП 91 - 8
5 94669 10 56 14.5 +42 00 29 6.03 K2III 30 41 27
6 94860 10 59 56.8 +7746 12 6.18 G9III 15 4 80
7 99902 11 2941.9 +15 24 47 5.74 K4III 87 - 11
8 100696 11 36 02.7 +69 19 22 5.19 кош 52 - 47
9 104985 12 05 15.1 +76 54 20 5.78 G9III 38 - 61
10 127243 14 28 37.8 +49 50 41 5.58 G3IV - - 99
11 141353 15 48 13.3 +134721 5.98 K2III 1 1 97
12 141472 15 46 34.7 +55 28 29 5.94 кзш - - 99
13 152879 16 55 22.2 +18 25 59 5.35 K4III 4 - 95
14 197752 20 44 52.5 +25 16 14 4.92 K2III 41 - 58
HIPPARCOS (ван Лиувен, 2007) и лучевых скоростей из проекта CORAVEL (Морис и др., 1987). Выбирались те красные гиганты, у которых хотя бы один из компонентов вектора галактической скорости (ЦУШ) превышал типичные значения для тонкого диска (34.5, 22.5, 18.0) км/с (Фамэй и др., 2005). Предварительно были оценены значения эффективных температур Тед и ускорений силы тяжести ^д для исследуемых звезд по фотометрическим данным и на основе редуцированных параллаксов проекта HIPPARCOS (ван Лиувен, 2007). В дальнейшем из списка выбирались звезды, расположенные в области эффективных температур Тей от 4000 К до 5200 К и ускорений силы тяжести от 0.5 до 3.0. Список звезд программы представлен в табл. 1.
Спектральные наблюдения выбранных звезд проводились в 2007—2008 гг. на двухдиапазонном
эшелле-спектрографе 2.16-м телескопа станции Xinglong Национальных астрономических обсерваторий Китая (NAOC). Спектрограф работал в режиме красного диапазона. Приемником излучения служила ПЗС матрица размером 1024 х 1024, на которую регистрировалось 40 спектральных порядков в диапазоне от 5565 A до 9194 A. Разрешение спектрографа составляло R = 40 000, отношение сигнала к шуму в полученных спектрах S/N > 150.
Предварительная обработка спектральных данных, поиск и выделение спектральных порядков, калибровка по длинам волн с использованием спектра торий-аргоновой лампы и нормализация спектров проводилась с помощью пакета echelle комплекса программ MIDAS. Измерения эквивалентных ширин избранных спектральных линий
Таблица 2. Параметры атмосфер исследованных звезд, физические параметры и величины межзвездного поглощения
N HD 2k, К lg 5 Vt, км/ с [Fe/H] Масса, MQ Возраст lg, годы
1 2901 4350 2.15 1.25 -0.46 0.7 ±0.3 9.4 ±0.5 0m 1
2 10550 4290 1.25 1.50 0.05 7 ± 1 7.7 ±0.4 0.1
3 92095 4430 2.15 1.38 -0.02 1.9 ± 0.3 9.0 ±0.3 <0.1
4 94600 4660 2.50 1.20 -0.05 1.7 ± 0.3 9.0 ±0.3 0
5 94669 4620 2.65 1.25 0.00 1.5 ±0.4 8.9 ±0.2 0
6 94860 4970 2.75 1.20 -0.03 2.8 ±0.3 8.7 ± 0.2 <0.1
7 99902 4380 2.25 1.30 0.22 1.9 ± 0.5 9.0 ±0.3 <0.1
8 100696 4920 2.70 1.26 -0.21 2.4 ±0.3 8.6 ±0.3 0
9 104985 4830 2.80 1.28 -0.10 1.9 ± 0.3 9.0 ±0.3 0
10 127243 5100 1.75 1.28 -0.44 1.6 ± 0.3 9.1 ±0.3 0
11 141353 4280 1.95 1.37 -0.09 2.0 ±0.4 9.0 ±0.4 <0.1
12 141472 4180 1.50 1.40 -0.27 1.1 ±0.3 9.0 ±0.5 <0.1
13 152879 4170 1.80 1.39 0.02 1.4 ±0.5 9.5 ±0.5 <0.1
14 197752 4570 2.25 1.33 0.03 2.6 ±0.5 8.8 ±0.5 <0.1
были выполнены в программе EW, написанной в автором данной работы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗВЕЗДНЫХ АТМОСФЕР
В табл. 2 приведены параметры звездных атмосфер (эффективная температура Teff, ускорение силы тяжести lgg, микротурбулентная скорость Vt и металличность [Fe/H]), массы, возраста звезд в логарифмической шкале и величины межзвездного поглощения Av. Массы и возраста были определены по эволюционным трекам из работы Джи-рарди и др. (2000) с учетом металличности звезд. Величины межзвездного поглощения оценивались по избытку цветов E(B — V), E(V — J), E(V — H), E(V — K), E(b — y), при этом нормальные цвета рассчитывались по калибровкам Бесселя и др. (1998), основанным на моделях звездных атмосфер Куруча (Кастелли, Куруч, 2003). Параметры звездных атмосфер в данной работе были определены по
методике, также основанной на моделях атмосфер Куруча (Кастелли, Куруч, 2003) и анализе относительных содержаний элементов группы железа. Методика подробно описана в работе Боярчука и др. (2001) и позволяет определить параметры звездных атмосфер G-K гигантов с точностью около 70-100 K для Гей, 0.10-0.15 для lgg и 0.100.15 км/c для Vt. В данной работе при анализе относительных содержаний элементов группы железа при определении параметров звездных атмосфер не учитывался титан, так как известно, что при низких металличностях и для звезд толстого диска содержание [Ti/Fe] может быть в избытке (Бенсби и др., 2005). Используя полученные параметры, были вычислены соответствующие модели звездных атмосфер с помощью программы ATLAS9 (Куруч, 1993). По измеренным эквивалентным ширинам избранных неблендированных спектральных линий с помощью программы WIDTH9 были оценены содержания химических элементов, которые представлены в табл. 3 и на рис. 1, где открыты-
Таблица 3. Содержания химических элементов в атмосферах исследуемых звезд
X п
ст %
>
ш >
п н
о X
о %
X ►С
т
п ^
*
X >
и
Параметр НО 2901 НО 10550 НО 92095 НО 94600 НО 94669 НО 94860 НО 99902
N [Е1/Н] N [Р1/Н] N [Е1/Н] N [Е1/Н] N [Р1/Н] N [Р1/Н] N [Р1/Н]
N31 2 —0.39 ± 0.04 2 0.67 ± 0.08 2 —0.04 ± 0.04 2 —0.04 ± 0.07 2 0.00 ± 0.04 2 0.27 ± 0.02 2 0.40 ±0.04
М§1 2 -0.12 ±0.01 2 0.16 ±0.02 2 0.06 ±0.02 2 0.00 ± 0.00 2 0.04 ±0.01 2 0.24 ± 0.02 2 0.30 ±0.08
АН 2 -0.12 ±0.04 2 0.21 ±0.07 2 0.04 ± 0.03 2 -0.05 ±0.00 2 0.16 ±0.08 2 0.26 ±0.01 2 0.32 ±0.05
811 8 -0.18 ±0.07 2 0.04 ±0.01 7 0.06 ±0.06 10 -0.02 ±0.07 9 0.06 ±0.08 8 0.10 ±0.03 8 0.29 ± 0.08
Са1 3 -0.22 ± 0.07 - 3 0.02 ±0.07 4 0.11 ±0.12 3 0.13 ±0.06 4 0.13 ±0.02 3 0.29 ± 0.06
Бс1 - - - - 1 0.03 2 -0.04 ±0.14 2 0.24 ±0.14 1 0.30 - -
БсП 5 -0.12 ±0.06 2 0.06 ±0.03 4 0.18 ±0.05 3 0.00 ± 0.03 5 0.15 ±0.06 3 0.39 ±0.03 4 0.28 ±0.10
тп 20 -0.18 ±0.07 5 0.01 ±0.03 20 -0.05 ±0.06 25 -0.07 ±0.06 24 0.01 ±0.08 24 0.18 ±0.05 14 0.24 ± 0.06
VI 7 -0.13 ±0.07 2 -0.04 ±0.01 7 0.10 ±0.08 20 0.00 ± 0.06 13 0.15 ±0.07 25 0.18 ±0.07 3 0.21 ±0.07
Сг1 6 -0.46 ±0.07 4 -0.03 ±0.08 7 -0.11 ±0.09 11 -0.10 ±0.09 10 0.00 ± 0.07 9 -0.05 ±0.05 8 0.15 ±0.09
Мп1 1 -0.79 1 -0.17 1 -0.29 1 -0.31 1 -0.19 - - 1 0.0
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.