УДК 524.338.6
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОЙ ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ОПТИЧЕСКИХ ВСПЫШЕК AD LEO 04.02.2003
© 2013 г. М. Н. Ловкая*
НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория", Научный, Крым, Украина Поступила в редакцию 30.11.2012 г.; принята в печать 07.12.2012 г.
Исследована тонкая временна я структура двух вспышек вспыхивающего красного карлика AD Leo, наблюдавшихся 04.02.2003 в режиме быстрой фотометрии на 1.25-м телескопе АЗТ-11 КрАО. Продолжительности вспышек — около 5 мин и больше 8 мин. Амплитуды в полосе U составляют 1.65т и 1.76т. Проведенный детальный колориметрический анализ показал, что в максимуме блеска излучение вспышек соответствует излучению абсолютно черного тела с температурой примерно 14 000 и 13 000 K, и впервые позволил проследить температурный ход — быстрое остывание вспышечной плазмы вблизи максимума блеска вспышек. В области максимума на протяжении 1.5 и 3.5 мин вспышки излучают как абсолютно черное тело, а во второй половине нисходящей ветви переходят в состояние плазмы, оптически толстой в бальмеровском континууме. В конце первой вспышки плазма становится оптически тонкой в бальмеровском континууме, окончание второй вспышки не наблюдалось. Площади вспышек в максимуме светимости в приближении абсолютно черного тела составляют 2.1 х 1018 и 3.0 х 1018 см2, или 0.07% и 0.11% площади видимого диска звезды. Подтверждено появление во вспышках красных карликов квазипериодических пульсаций яркости с характерным периодом около десятка секунд.
DOI: 10.7868/S0004629913080045
1. ВВЕДЕНИЕ
AD Leo (dM4.5e) — одна из наиболее ярких и наиболее известных звезд типа UV Cet. По современным представлениям к этому типу относят звезды нижней части главной последовательности, на которых наблюдаются явления, характерные для солнечной активности. Эти звезды составляют значительную часть звездного населения — от 40% до 90% [1]. Около трети звезд типа UV Cet демонстрируют спорадические достаточно быстрые (от секунд до десятков минут) вспышки в оптическом диапазоне с амплитудами до нескольких звездных величин [2]. Именно этот тип переменности, послуживший в свое время выделению отдельного класса красных карликовых вспыхивающих звезд, является предметом нашего интереса в данной работе.
Понимание природы вспышек требует детального изучения изменения физических условий в источнике излучения. Общие проблемы связи вре-менньк профилей потоков излучения в различных диапазонах и механизмов нагрева плазмы и ускорения частиц в звездных вспышках рассмотрены, например, в монографии [1] и в обзоре [3]. Из изложенных там материалов, однако, ясно, что для
E-mail: marlov@mail.ru
вспышек на красных карликах большой интерес представляет изучение изменений потоков излучения с временным разрешением в доли секунд.
Исследование структуры вспышек звезд типа UV Cet затрудняется абсолютной слабостью этих объектов, с одной стороны, и быстротечностью наблюдаемых явлений — с другой. Для таких быст-ропеременных и сравнительно слабых объектов, к которым относятся вспыхивающие красные карликовые звезды, основным количественным методом анализа излучения является колориметрия по данным многоцветной фотометрии — например, в широкополосной системе UBVRI. Колориметрия позволяет проводить диагностику излучения небесного тела и оценивать такие характеристики космической плазмы, как ее цветовая или эффективная температура, концентрация электронов, оптическая толщина. Используя временные треки вспышек на диаграммах цвет—цвет, можно определить характеристики плазмы в максимуме блеска, а также проследить их изменения на более ранних и более поздних фазах развития вспышки. Для оценки параметров излучающей плазмы по данным колориметрии разными авторами выполнены многочисленные модельные расчеты. В частности, расчеты цветовых характеристик излучения абсолютно черного тела (АЧТ) [4], излучения водородной плазмы, оптически тонкой и оптически толстой
в бальмеровском континууме в широких пределах температур и электронных концентраций [5]. Таким образом, мониторинг звезды в полосах UBVRI на протяжении вспышки теоретически дает возможность получить детальную картину характеристик плазмы вспышки и их изменений со временем.
Техника построения цветовых треков для диагностики излучения вспышек применяется уже несколько десятилетий. Однако определение характеристик плазмы вспышки на начальной и конечной стадии ее развития длительное время затруднялось недостаточной точностью определения цветов собственного излучения вспышки. Этот недостаток в значительной степени можно устранить за счет сокращения времени накопления при наблюдениях и за счет цифровой фильтрации UBVRI -кривых блеска вспышек.
В настоящей работе выполнен детальный колориметрический анализ собственного излучения двух вспышек AD Leo практически на всем промежутке времени их регистрации. UBVRI-кривые блеска были получены в режиме быстрой фотометрии с временным разрешением 0.1 с. При обработке данных использована методика цифровой фильтрации кривых блеска [6]. Диагностика характеристик плазмы вспышки выполнена по данным UBVRI-колориметрии с использованием теоретических цветовых диаграмм. Получены оценки температур и размеров вспышечной области в максимуме светимости в приближении АЧТ.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Наблюдения вспыхивающей звезды AD Leo в режиме быстрой фотометрии (со временем накопления 0.1 с) проводятся в Крымской астрофизической обсерватории на 1.25-м рефлекторе АЗТ-11 с UBVRI-фотометром-поляриметром Пииро-лы [7], приспособленным для проведения быстрой фотометрии [8, 9]. В данной работе анализируются две достаточно сильные вспышки AD Leo, зарегистрированные 04.02.2003. На рис. 1 представлены кривые блеска собственного излучения вспышек AD Leo 04.02.2003. По оси ординат — выраженные в звездных величинах отклонения AU, AB, AV, AR и AI от уровня звезды в спокойном состоянии. Начало по оси абсцисс соответствует T0 = = 23:15:22 UT.
Обе вспышки характеризуются быстрым возгоранием и достигают максимума в течение нескольких секунд. Первая вспышка имела продолжительность около 5 мин. Время максимума Tmax 1 = = 23:17:58 UT. Амплитуды в полосах UBV составили AU = 1.65m, AB = 0.45m, AV = 0.18m. Вторая вспышка имела еще более стремительный подъем и достаточно сложную структуру со
множеством вторичных максимумов на нисходящей ветви. Время максимума Tmax 2 = 23:41:20 UT. Вспышка длилась больше 8 мин, ее окончание не наблюдалось. Амплитуды второй вспышки составили AU = 1.76m, AB = 0.54m, AV = 0.21т. В красных фильтрах амплитуды обеих вспышек незначительны: AR и 0.05m, AI < 0.02т.
Промежуток времени между максимумами вспышек — 23 мин. Кроме того, через 8.5 мин после максимума первой вспышки произошла еще одна вспышка с амплитудой в U около 0.2т. Наблюдавшаяся последовательность событий является уникальной, поскольку вспышки AD Leo регистрируются сравнительно редко.
3. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Данные ¿У.8К^/-фотометрии, полученные с высоким временным разрешением, позволяют проследить временные вариации показателей цвета собственного излучения вспышки по мере развития последней. Эти показатели цвета используются при построении цветовых треков для диагностики вспышечной плазмы и определения ее термодинамических характеристик.
Для увеличения отношения сигнал/шум ряды фотометрических данных подвергаются цифровой фильтрации. Мы использовали цифровой фильтр низких частот Кайзера и фильтр скользящего среднего для получения сглаженной кривой блеска вспыхивающей звезды и для подавления высокочастотных шумов. Фильтрация в частотной области может быть выполнена путем свертки ряда измерений и(г) с коэффициентами Н(г) импульсной характеристики фильтра:
I
и^ (к) = ^ Н(г)и(к — г).
г=—1
Коэффициенты фильтра Кайзера имеют вид
Н(к) = h(-к) =
sin(7TVcn) lo(г?л/1 - (к/1)2)
ПК
ш
где 10(х) является модифицированной функцией Бесселя нулевого порядка, величина п является параметром, который входит в модель фильтра, I — число пар коэффициентов фильтра. Фильтр Кайзера полностью определяют три основных входных параметра, а именно: полоса пропускания (или частота среза фильтра ис), ширина переходной зоны йи и величина подавления в зоне заграждения, выраженная в децибелах. Фильтр низких частот Кайзера эффективно пропускает частотный спектр сигнала ниже частоты среза ис и подавляет (с заданным коэффициентом) частоты сигнала выше
Собственное излучение вспышки, зв. вел. -1.8
0
0.1
-0.05 0
500
1000 Время, c
1500
2000 MR М 2000
Рис. 1. Кривые блеска собственного излучения вспышек AD Leo 04.02.2003. Начало по оси времени соответствует То = 23 : 15 : 22 UT.
0
ис (зона заграждения). Более подробную информацию о фильтре Кайзера можно найти в работе [10]. Детальное изложение применяемых нами методов фильтрации приводится в работе [11].
Процедура фильтрации уменьшает дисперсию шумов пропорционально полосе пропускания фильтра. Ошибка одного измерения оценивается из квантово-статистических соображений в приближении пуассоновского характера шумов. Временны е цветовые треки на диаграммах цвет—цвет получаются как результат оптимальной цифровой фильтрации данных многоцветного мониторинга блеска звезды с высоким временным разрешением. Таким образом, техника временных цветовых треков обеспечивает высокую точность, необходимую
для диагностики различных механизмов, ответственных за наблюдаемое излучение вспышки, и позволяет проследить изменение некоторых характеристик вспышечной плазмы, начиная с самой ранней фазы развития вспышки.
Результаты приведенного ниже колориметрического анализа вспышек подтверждают тот факт, что излучение вспышек в окрестностях максимума блеска имеет чернотельный характер [12]. Температуру излучения абсолютно черного тела (АЧТ) можно определить по положению вспышки на диаграмме цвет—цвет. Далее, используя модель АЧТ для фотосферы AD Leo в спокойном состоянии, можно оценить размер области вспышки. Светимость вспышки в полосе U может быть определена
U - B
В - V
Рис. 2. Фрагмент трека первой вспышки от начала до середины нисходящей ветви. Положение максимума вспышки отмечено квадратиком. Трек движется вдоль линии АЧТ
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.