научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ И ОБОЛОЧКИ POST-AGB ЗВЕЗДЫ - ОПТИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА IRAS 23304+6347 Астрономия

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ И ОБОЛОЧКИ POST-AGB ЗВЕЗДЫ - ОПТИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА IRAS 23304+6347»

ОСОБЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ И ОБОЛОЧКИ post-AGB ЗВЕЗДЫ -ОПТИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА IRAS 23304+6347

2015 г. В. Г. Клочкова*, В. Е. Панчук, Н. С. Таволжанская

Специальная астрофизическая обсерватория РАН, пос. Нижний Архыз Поступила в редакцию 02.09.2014 г.

На основании наблюдений с высоким спектральным разрешением, выполненных с эшельным спектрографом 6-м телескопа, изучены особенности спектра и поля скоростей в атмосфере и оболочке оптического компонента ИК-источника IRAS 23304+6347. Сделан вывод об отсутствии значимых изменений лучевой скорости Vr по атмосферным абсорбциям и о ее совпадении с системной скоростью по радиоданным. По положению вращательных линий полосы (0;0) системы Свана молекулы C2 определена скорость расширения оболочки Vexp = 15.5 км/с. Зарегистрирован сложный эмиссионно-абсорбционный профиль полосы (0; 1) 5635 A системы Свана. Анализ многокомпонентного профиля D-линий дублета NaI выявил межзвездные компоненты со скоростями V(IS) = —61.6 км/с и —13.2 км/с, а также околозвездный V(CS) = —41.0 км/с, положение которого соответствует скорости по деталям молекулы C2. Наличие в спектре межзвездного компонента Vr = —61.6 км/с позволяет рассматривать d = 2.5 кпк в качестве нижней оценки расстояния до звезды. Впервые в оптическом спектре IRAS 23304+6347 обнаружено расщепление профилей сильных абсорбций ионизованных металлов (YII, BaII, LaII, SiII), обусловленное наличием коротковолновой компоненты, формирующейся в околозвездной оболочке.

Ключевые слова: звезды, эволюция, post-AGB звезды, оболочки, спектры.

DOI: 10.7868/80320010815020023

1. ВВЕДЕНИЕ

В данной работе мы продолжаем исследование оптических спектров галактических ИК-источников, отождествляемых с далеко проэво-люционировавшими звездами на кратковременной эволюционной стадии после асимптотической ветви гигантов (post-AGB), на которой звезды промежуточных масс (3—8 М©) быстро переходят в фазу планетарной туманности. Квок (1993) указал основные признаки протопланетарных туманностей (PPN): звезды высокой абсолютной светимости с большим избытком ИК-потока, с признаками потери массы и наличием отделившейся расширяющейся газопылевой оболочки.

Проведенные комплексные исследования сверхгигантов с большими ИК-избытками привели к определению (или к уточнению) их эволюционного статуса. Одним из результатов спектроскопического изучения выборки звезд высокой светимости — кандидатов в PPN, является вывод, сделанный Клочковой (2012), о неоднородности этой выборки. Выборка, сформированная на основе ИК-

Электронный адрес: valenta@sao.ru

фотометрии и спектроскопии низкого спектрального разрешения, помимо PPN, включает молодые звезды до ИГП, звезды высокой светимости различных типов, начиная от маломассивных полуправильных переменных до гипергигантов.

Принадлежность к стадии post-AGB делает PPN предельно интересными как в исследовании завершающих этапов эволюции звезд промежуточных масс, так и в изучении эволюции химического состава звезд и галактик в целом. Атмосферы звезд на столь продвинутой эволюционной стадии имеют особенности химического состава, обусловленные последовательной сменой энерговыделяющих ядерных реакций, сопровождаемой изменением структуры и химического состава оболочки звезды, перемешиванием вещества и выносом продуктов ядерных реакций в поверхностные слои атмосферы. В течение двух последних десятилетий в ходе спектроскопии на крупнейших телескопах мира выборки PPN-кандидатов выделена небольшая однородная подгруппа этих объектов, в атмосферах центральных звезд которых найдены эволюционные избытки углерода и тяжелых металлов (Клочкова, 1995, 2013; Зач и др., 1995; Рэдди и др., 1997, 1999, 2002; Клочкова и др., 1999, 2000a,

б; ван Винкель, Райнерс, 2000; Киппер, Клочкова, 2006). Околозвездные оболочки этих объектов имеют сложную морфологию и, как правило, обогащены углеродом, что проявляется в наличии в ИК-, радио- и оптических спектрах полос углеро-досодержащих молекул C2, C3, CN, CO и т.п. Эти PPN относятся к тем немногочисленным объектам, в ИК-спектрах которых наблюдается оболочечная эмиссионная полоса на длине волны 21 мкм (Квок и др., 1999; Хривнак и др., 2009). Несмотря на активный поиск подходящих химических агентов, в настоящее время нет окончательного отождествления этой крайне редко наблюдаемой детали. Но ее присутствие в спектрах PPN с оболочками, обогащенными углеродом, подсказывает, что эта эмиссия может быть обусловлена присутствием в оболочке сложной молекулы на основе углерода (см. детали и сссылки в статье Хривнака и др., 2009).

Наличие околозвездной газопылевой оболочки проявляется в особенностях радио-, ИК- и оптических спектров post-AGB сверхгигантов. От спектров классических массивных сверхгигантов оптические спектры PPN отличаются присутствием молекулярных полос, налагающихся на спектр F—G сверхгиганта, и аномальным поведением профилей избранных спектральных деталей. Это могут быть сложные эмиссионно-абсорбционные профили линий HI, NaI, HeI, профили сильных абсорбций, искаженные эмиссиями или расщеплением, а также эмиссии металлов. Зачастую все эти пекулярности переменны. Подробнее проявления околозвездной оболочки в оптических спектрах PPN рассмотрены в статье Клочковой (2014). Предыдущие результаты по спектральному изучению PPN на 6-м телескопе БТА опубликованы в серии оригинальных статей и суммированы в обзорах Клочковой ( 1997, 2012, 2014). В данной работе представляются новые результаты спектроскопии высокого разрешения post-AGB звезды, отождествляемой с ИК-источником IRAS 23304+6147 (далее в тексте — IRAS 23304). Центральная звезда IRAS 23304 -это достаточно слабый (B = 15™52, V = 13™ 15) сверхгигант спектрального класса G2Ia, лежащий вблизи плоскости Галактики (b = 0.58°). Согласно наблюдениям Сахаи и др. (2007) с высоким пространственным разрешением на космическом телескопе Хаббла, околозвездная оболочка в этой системе имеет сложную структуру, включающую мультиполь и протяженное гало с дугообразными деталями.

Первое исследование оптического спектра центральной звезды IRAS 23304, относящейся к группе звезд с атмосферами, обогащенными углеродом и тяжелыми металлами, а также расчет содержаний химических элементов в ее атмосфере были выполнены Клочковой и др. (2000a). В этой

работе определены основные параметры звезды: эффективная температура Teff = 59GG K, ускорение силы тяжести log g = G.G, пониженная относительно Солнца металличность, [Fe/H] = -G.61, и распространенность 25 других химических элементов. Ван Винкель и Райнерс (2000) нашли близкие особенности химического по спектру более высокого спектрального разрешения. Однако в обеих публикациях, нацеленных в основном на изучение фундаментальных параметров звезды и химического состава ее атмосферы, мало внимания было уделено особенностям спектра, картине лучевых скоростей и их переменности со временем. Более детально особенности оптического спектра центральной звезды IRAS 23304 и их переменность мы рассмотрим в данной работе.

В разделе 2 кратко описаны полученные нами наблюдательные данные. В разделе 3 рассмотрены особенности профилей Ha, линий дублета NaI, линий металлов, обнаруженные по спектрам высокого разрешения, и молекулярные полосы, а также данные о поле скоростей в атмосфере и оболочке сверхгиганта. В разделе 4 приведены основные выводы.

2. НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

В данной работе мы используем спектры, полученные в фокусе Нэсмита с эшелле-спектрографом НЭС (Панчук и др., 2007, 2009) 12 октября 2013 г. В сочетании с резателем изображений (Панчук и др. 2003) спектрограф NES обеспечивает спектральное разрешение R œ 6G GGG. С 2011 г. на спектрографе НЭС используется ПЗС-матрица 2G4S x x 4G96 элементов, что позволило существенно расширить регистрируемый спектральный диапазон. Кроме того, для сравнения в работе использованы спектры звезды, полученные с эшельным спектрографом PFES (Панчук и др., 1998) в первичном фокусе телескопа БТА с разрешением R œ 15 GGG в течение нескольких наблюдательных сетов в 1997 г.

Детали спектрофотометрических и позиционных измерений спектров описаны в ранее опубликованных статьях, соответствующие ссылки на них приведены Клочковой (2014). Отметим, что применение резателя изображений потребовало значительно модифицировать стандартный контекст ECHELLE комплекса программ MIDAS. Экстракция данных из двумерных эшелле-спектров выполнена с помощью пакета программ, описанного в работе Юшкина и Клочковой (2005). Для обработки экстрагированных спектров использована программа DECH (Галазутдинов, 1992), позволяющая, в частности, измерять лучевые скорости по отдельным деталям сложных линий, характерных для спектров изучаемых звезд.

100

80

60 -

40

20 -

-100 -50 0

Radial velocity, km/s

Рис. 1. Профили линий Ha (тонкая линия) и D2 Nal (жирная линия) в спектре IRAS 23304. Стрелкой отмечена скорость оболочки по полосе Свана C2 Vr(CS) = —41 км/с. Крестиками нанесено положение двух межзвездных (IS) и околозвездного (CS) компонентов линии D2 Nal. Вертикальной штриховой линией указано значение системной скорости. Здесь и на рис. 2 интенсивность нормированного континуума по оси ординат принята за 100.

3. ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКОГО СПЕКТРА И ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ЗВЕЗДЫ

Из спектроскопии выборки PPN следует, что в их оптических спектрах наблюдаются следующие основные типы спектральных деталей: 1) абсорбции металлов низкой или умеренной интенсивности, симметричные профили которых не имеют видимых искажений; 2) сложные профили линий нейтрального водорода, меняющиеся со временем и включающие абсорбционные и эмиссионные компоненты; 3) самые сильные абсорбции металлов с низким потенциалом возбуждения нижнего уровня, их переменные профили зачастую искажены обо-лочечными деталями, вызывающими асимметрию профиля или же его расщепление на компоненты; 4) абсорбционные или эмиссионные полосы молекул, в основном углеродсодержащих; 5) оболо-чечные компоненты резонансных линий Nal, KI; 6) узкие разрешенные или запрещенные эмиссионные линии металлов, формирующиеся в оболочках. Присутствие деталей типов 2—6 является главным

отличием спектров РРЫ от спектров

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