ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2013, том 39, № 1, с. 58-69
УДК 524.31.02-36
НАТРИЙ В АТМОСФЕРАХ КРАСНЫХ ГИГАНТОВ ТОЛСТОГО ДИСКА
© 2013 г. Ю. В. Пахомов*
Институт астрономии РАН, Москва Поступила в редакцию 28.08.2012 г.
На основе спектров высокого разрешения методом моделей звездных атмосфер определены параметры и содержания химических элементов в атмосферах десяти красных гигантов толстого диска. Представлены результаты сравнительного анализа содержаний [Na/Fe] в атмосферах исследованных звезд и красных гигантов тонкого диска. Показано, что натрий в атмосферах красных гигантов толстого диска не имеет избытков, характерных для красных гигантов тонкого диска.
Ключевые слова: звездная спектроскопия, звездные атмосферы, красные гиганты, звездная эволюция, кинематика, химическая эволюция Галактики.
DOI: 10.7868/S0320010813010026
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что содержания химических элементов в атмосферах звезд изменяются в ходе эволюции. При исследовании химического состава гигантов первыми были обнаружены аномалии содержаний элементов CNO-цикла по сравнению с химическим составом звезд-карликов (см., например, Скопп, 1954; Гринштейн, Кинан, 1958; Хелфер и др., 1959; Грин, 1968). Первое упоминание о наблюдаемом избытке содержания натрия в атмосфере красного гиганта е Vir было в 1963 г. (Кайрел, Кайрел, 1963). В дальнейшем избытки натрия были обнаружены в красных гигантах рассеянного звездного скопления Гиады (Хэлфер, Уоллерштейн, 1964). В другой работе (Хэлфер, Уоллерштейн, 1968) эти же авторы нашли несколько гигантов с повышенным содержанием [Na/Fe] и, возможно, впервые отметили систематическое различие в содержании натрия между красными гигантами и карликами. Авторы высказывают предположение, что натрий, возможно, синтезируется в некоторых красных гигантах. Немного позже, в 1970 г. (Кайрел де Стробель и др., 1970) было замечено, что содержание [Na/Fe] растет с увеличением температурного параметра в = 5040/Тэфф. Другими словами, в среднем содержание [Na/Fe] в более холодных звездах оказалось выше, а среди этих звезд большинство — гиганты, т.е. также заметно отличие содержания натрия между карликами и гигантами, хотя авторы не делают такой вывод.
Электронный адрес: pakhomov@inasan.ru
В работе Боярчука и др. (2001) впервые была описана зависимость избытков содержания [Na/Fe] в атмосферах нормальных красных гигантов от ускорения силы тяжести. Причем эта зависимость оказалась аналогичной открытой ранее зависимости для сверхгигантов (Боярчук, Боярчук, 1981; Боярчук, Любимков, 1981), которая объяснялась гипотезой, что натрий может образовываться в реакции 22 Ne(p, 7)23Na, входящей в неон-натриевый цикл горения водорода в ядрах звезд на стадии главной последовательности, и затем быть вынесен из глубинных слоев в атмосферу звезды вследствие развивающейся конвекции в ходе эволюции звезды от главной последовательности на ветвь красных гигантов (Боярчук, Любимков, 1983). Расчеты, выполненные в работе (Денисенков, Иванов, 1987; Денисенков, 1988), подтвердили справедливость этой гипотезы. Дальнейшие исследования привели к обнаружению избытков содержаний [Na/Fe] в атмосферах разных классов красных гигантов: умеренных и классических бариевых звезд (Боярчук и др., 2002; Антипова и др., 2004), сверхметаллических звезд (Пахомов и др., 2009). На основе накопленного материала в ИНАСАН была создана база данных по характеристикам красных гигантов. Исследования, проведенные с помощью базы данных, выявили несколько звезд с пониженным содержанием [Na/Fe] относительно наблюдаемой зависимости от ускорения силы тяжести (Антипова и др., 2005; Пахомов и др., 2009). Сравнительный анализ показал, что эти звезды отличаются несколько большими пространственными скоростями. Для подтверждения этого
вывода была выполнена работа по исследованию химического состава красных гигантов с высокими галактическими скоростями (Пахомов и др., 2012), и было отмечено, что 12 из 14 исследованных звезд также имеют пониженное содержание [Na/Fe].
Существует множество работ, посвященных исследованию химического состава звезд тонкого и толстого дисков Галактики. Эти работы основаны на спектральных наблюдениях карликов, так как содержания химических элементов в их атмосферах не претерпевают изменений в ходе эволюции на главной последовательности. К тому же по сравнению с гигантами карлики являются более многочисленной группой, а в их непрерывном спектре меньшее количество спектральных линий, что повышает точность определения содержаний. Поэтому работ, посвященных гигантам толстого диска, сравнительно немного. Еще меньше работ по исследованию натрия в гигантах толстого диска, например (Смиляник, 2012; Алвес-Брито и др., 2010). В этих работах обсуждаются зависимости содержания [Na/Fe] от массы, металличности, но опускается из виду такой важный фактор как эволюционный статус. Поскольку избытки натрия в атмосферах звезд не появляются мгновенно, а постепенно растут с момента первого глубокого перемешивания, то необходимо учитывать стадию эволюции звезды.
В настоящей работе проведен сравнительный анализ содержания [Na/Fe] в атмосферах красных гигантов тонкого и толстого диска в зависимости от металличности и ускорения силы тяжести, которое изменяется во время жизни звезды. Таким образом, исследование изменений содержания натрия в атмосферах красных гигантов является необходимым для понимания звездной эволюции. А обнаруженное пониженное содержание натрия в гигантах толстого диска требует дальнейшего изучения.
НАБЛЮДЕНИЯ Выбор звезд
Объекты для наблюдений выбирались из каталога HIPPARCOS (ван Лиувен, 2007) на основе анализа галактических скоростей (UVW), вычисленных с использованием редуцированных параллаксов HIPPARCOS и лучевых скоростей из проекта CORAVEL (Морис и др., 1987). Критериями выборки являлись: — значения показателя цвета (B-V) и вычисленных ускорений силы тяжести, соответствующих красным гигантам; — значения вычисленных галактических скоростей, превышающие типичные значения для звезд тонкого диска (34.5, 22.5, 18.0) км/c (Фамэй и др., 2005), при этом скорость W > 50 км/c.
Список звезд программы представлен в табл. 1, где указан порядковый номер звезды, номер по каталогу HD, координаты, звездная величина в фильтре V, спектральный класс. В последних двух столбцах табл. 1 приведены вероятности принадлежности звезд программы к тонкому и толстому диску Галактики, кинематические характеристики которых взяты из статьи (Фамэй и др., 2005). Вероятность рассчитывалась по формулам, приведенным в работе (Мишенина и др., 2004). Из таблицы видно, что все звезды с большой вероятностью можно отнести к объектам толстого диска.
В табл. 2 представлены кинематические характеристики исследуемых звезд. Это вектор галактической скорости (и, V, Ш) относительно Солнца и элементы галактической орбиты: перигалактиче-ское расстояние Дтш, апогалактическое расстояние Лти, максимальное орбитальное удаление от плоскости Галактики ^т^, эксцентриситет е и наклонение г. Расстояние до центра Галактики принималось равным 8.5 кпк, а необходимая коррекция скоростей за движение Солнца — (+10.2, +14.9, +7.8) км/с взята из работы (Фамэй и др., 2005). Орбитальные элементы рассчитывались с помощью численного интегрирования движения звезд методом Эверхарта 15-го порядка с использованием трехкомпонентной модели потенциала Галактики (Аллен и Сантиллан, 1991). Точность интегрирования контролировалась сохранением необходимых интегралов движения. Так, за 10 орбитальных оборотов типичная относительная ошибка по угловому моменту составляла ДН/Н < 10_13 и по полной энергии ДЕ/Е < 10_8. Ошибки в значениях пространственных скоростей (аи, аV, аШ) вычислены исходя из ошибок в значениях собственных движений звезд, лучевых скоростей, параллаксе и ошибок определения компонент скоростей Солнца относительно локального стандарта покоя. Ошибки в элементах галактических орбит вычислены в рамках применяемой модели гравитационного потенциала Галактики с использованием вероятных ошибок в значениях пространственных скоростей звезд.
Из табл. 2 видно, что все звезды имеют величину максимального орбитального удаления от плоскости Галактики Zmax > 1000 пк, что значительно превышает характерную шкалу высот для объектов тонкого диска 90—325 пк (Гилмор и Рэйд, 1983; Робин и др., 1996; Чен и др., 2001). Более половины исследуемых звезд имеют орбиты с эксцентриситетом более 0.2. Также около половины звезд в движении по своим орбитам удаляются на расстояние более 10 кпк от центра Галактики.
Таблица 1. Список исследованных звезд со значением вероятности (р) принадлежности тонкому и толстому дискам Галактики
N HD «2000 h:m:s <^2000 о : ' : " ту Спектральный класс Р,%
Тонкий диск Толстый диск
1 249 00 07 22.56332 +26 27 02.1686 7.33 K1IV 0 99
2 6555 01 06 38.62642 +23 13 57.4834 7.95 K0III-IV 15 84
3 10057 01 38 19.91771 +02 35 09.8395 6.92 ко 1 97
4 24758 03 59 17.62739 +57 59 13.6255 8.67 кош 0 99
5 37171 05 37 04.38211 +11 02 06.0293 6.00 K5III 0 99
6 80966 09 23 50.43122 +34 32 53.3986 7.17 ко 0 99
7 180682 19 15 43.69429 +40 21 35.7242 6.96 ко 0 99
8 203344 21 21 04.39426 +23 51 21.4872 5.57 КПП 0 99
9 211683 22 18 37.60252 +10 21 18.7937 7.73 К2 20 79
10 212074 22 21 27.94691 +14 53 49.6214 7.64 K1IV 3 96
Таблица 2. Кинематические параметры исследованных звезд: компоненты векторов галактической скорости (и, V, Ш) и элементы галактических орбит
N HD U, км/с V, км/с W, км/с ñmin, КПК Дтах, КПК Zmax, кпк e
1 249 45.4 + 3.1 -55.5 + 5.2 -78.6 + 5.3 6.00 + 0.14 8.93 + 0.04 1.46 + 0.09 0.20 + 0.01
2 6555 -25.0 + 4.0 -12.1 + 3.0 -68.3 + 5.8 7.98 + 0.06 10.04 + 0.13 1.21+0.10 0.11+0.01
3 10057 3.6 + 7.1 -46.8 + 7.0 55.6+1.3 6.90 + 0.24 8.70 + 0.02 1.38 + 0.02 0.12 + 0.02
4 24758 -123.7 + 4.3 -23.8 + 7.9 -84.2+13.8 5.98 + 0.12 14.64 + 0.38 2.36 + 0.41 0.42 + 0.01
5 37171 -113.1 + 0.8 -19.0+10.4 65.2 + 9.5 6.15 + 0.15 14.42 + 0.42 2.18 + 0.25 0.40 + 0.00
6 80966 -23.4+14.0 -105.4 + 23.8 75.5 + 9.5 3.92 + 0.56 8.83 + 0.08 2.15 + 0.19 0.39 + 0.06
7 180682 -89.7+8.7 -11.6 + 4.2 59.6 + 5.7 6.72 + 0.10 12.70 + 0.3
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.