УДК 524.333
СВОЙСТВА НАСЕЛЕНИЯ КЛАССИЧЕСКИХ ЦЕФЕИД В ГАЛАКТИКЕ
©2013г. В. А. Марсаков1*, В. В. Коваль1, В. В. Ковтюх2, Т. В. Мишенина2
1 Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия 2Астрономическая обсерватория Одесского национального университета, Одесса, Украина
Поступила в редакцию 29.04.2013 г.
На основе созданного компилятивного каталога, содержащего для 221 классической цефеиды положения, скорости, возрасты и содержания девяти химических элементов, исследованы зависимости относительных содержаний «-элементов, а также элементов быстрого и медленного нейтронных захватов от металличности, компонент пространственной скорости и галактоцентрического расстояния. Найдено, что относительные содержания всех элементов в цефеидах от скорости не зависят, но увеличиваются с увеличением галактоцентрического расстояния и уменьшаются с увеличением металличности, как у карликов и гигантов тонкого диска. Однако у цефеид зависимость [«/Fe] от [Fe/H] лежит ниже, а зависимости [r/Fe] от [Fe/H] и [s/Fe] от [Fe/H] — выше, чем аналогичные последовательности у карликов и гигантов. Выдвинуто предположение, что после достижения в межзвездной среде тонкого диска примерно солнечной металличности самые массивные звезды перестали вспыхивать как сверхновые второго типа, которые в основном и обогащали межзвездную среду «-элементами. В итоге в следующих поколениях звезд образовался дефицит относительных содержаний «-элементов, а также небольшой избыток элементов r-процесса, которые выбрасываются в межзвездную среду менее массивными (8—10 Mq) сверхновыми второго типа. Избыток в цефеидах элементов s-процесса можно объяснить тем, что часть s-элементов производилась в слабом компоненте s-процесса в недрах массивных звезд, которые, возможно, и без взрыва могут сбрасывать верхние части своих оболочек подобно звездам асимптотической ветви гигантов. И поскольку такие массивные звезды, взрываясь как сверхновые второго типа, обогащали межзвездную среду также и значительным количеством атомов железа, то при их отсутствии отношения [s/Fe] (как и [r/Fe]) у следующих поколений звезд должны получиться выше.
Ключевые слова: звездные населения, цефеиды поля, химический состав, Галактика.
DOI: 10.7868/Б032001081312005Х
ВВЕДЕНИЕ
Благодаря тому что по легко определяемым из наблюдений периодам переменности цефеид можно вычислить их массы, светимости и возрасты, эти звезды играют одну из ведущих ролей в исследовании нашей и других галактик. Цефеиды находятся на такой стадии эволюции, когда ядерные реакции, происходящие внутри них, частично искажают первичный химический состав их атмосфер из-за неполного протекания CNO-цикла. Это происходит у цефеид, которые пересекают полосу нестабильности не в первый раз, но, к сожалению, большинство из известных цефеид наблюдаются именно на таких стадиях. Однако подробный анализ содержаний различных элементов в атмосферах цефеид позволил выявить степень этих изменений для различных элементов (см., например, Ковтюх
Электронный адрес: marsakov@sfedu.ru
и др., 2005). Поскольку классические долгопери-одические цефеиды — это продвинувшиеся в своей эволюции массивные В-звезды, они весьма молоды и их возраст находится в пределах 20—200 млн лет, поэтому по ним удобно прослеживать степень неоднородности химического состава внутри областей недавнего звездообразования нашей Галактики (Лепин и др., 2011; Гожа Марсаков, 2013). Небольшой возраст классических цефеид позволяет с гарантией причислять их к типичным представителям подсистемы тонкого диска Галактики, поэтому по цефеидам изучают спиральную структуру в нашей и других галактиках. Именно по этим звездам удалось надежно проследить уменьшение металличности с удалением от галактического центра и доказать, что радиальный градиент металличности в тонком диске, полагавшийся обычно линейным, на самом деле имеет сложную структуру, которую связывают с коротационны-ми эффектами (Лак и др., 2011; Ачарова и др.,
свойства населения классических цефеид
943
15 -,
10
20 40 60
гУр км/с
200 150
^100
80
50 0
0 12 3
¿0, кпк
Рис. 1. Распределение ошибок определения тангенциальных скоростей цефеид (а) и диаграмма "расстояние от Солнца— остаточная скорость" цефеид (б). Увеличивающимися размерами заполненных кружков обозначены звезды с ошибками скоростей <40 км/с, <20 км/с, < 10 км/с, звезды с ошибками <5 км/с обозначены открытыми кружкам; крестики — все остальные звезды выборки.
5
0
0
4
2012). Однако в опубликованных каталогах для некоторых цефеид приводятся довольно высокие пространственные скорости, не характерные для тонкого галактического диска, а также аномальные относительные содержания некоторых химических элементов. Поэтому представляется интересным проанализировать все эти отклонения с учетом ошибок определения соответствующих параметров в каждой звезде.
К настоящему времени накопилось достаточное количество точных астрометрических и спектроскопических данных, для того чтобы провести комплексные статистические исследования химических и кинематических свойств классических цефеид в нашей Галактике с целью проверки степени однородности этого населения. Глобальной же целью подобных исследований является детализация истории звездообразования в тонком галактическом диске.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Пространственное положение, кинематические данные и периоды для 276 классических цефеид мы взяли из каталога Бердникова и др. (2003). В этом каталоге использованы точные экваториальные координаты цефеид из каталога ШРРЛН-COS, величины собственных движений из каталога TYCHO-2, лучевые скорости из литературных источников, а расстояния определены на основе полученных авторами периодов переменности. По этим данным мы вычислили прямоугольные координаты х, у, г, (направленные к галактическому центру, в сторону вращения и к северному полюсу соответственно), полные остаточные скорости относительно локального центроида а также
компоненты Ув, У©, Vz пространственных скоростей в цилиндрических координатах, исправленных за движение Солнца относительно локального центроида. Здесь компонента Ув направлена на антицентр Галактики, У© — в сторону галактического вращения, а У^ — к северному полюсу Галактики. Компоненты статочной скорости Солнца относительно локального центроида приняты равными = (11.1, 12.24, 7.25) км/с (Шо-нрих и др., 2010), солнечное галактоцентрическое расстояние — 8.0 кпк, а скорость вращения локального центроида — 220 км/с. Ошибки определения расстояний от Солнца до цефеид в основном возникают из-за неопределенностей в избытках цвета цефеид и различия в разных направлениях закона межзвездного поглощения. Кроме того, у некоторых цефеид неуверенно определяются моды пульсаций, что может приводить к систематическим занижениям их расстояний на ^25%. Тем не менее авторами каталога декларируется средняя величина ошибки расстояний ~10%. Ошибки пространственных скоростей напрямую зависят от расстояния до цефеид, но сами ошибки расстояний играют при этом не главную роль, особенно для ¿> 1 кпк. В каталоге Бердникова и др. (2003) приведены ошибки собственных движений, на основе которых мы вычислили абсолютные ошибки тангенциальных скоростей (т.е. скоростей, лежащих в картинной плоскости) цефеид — именно они дают подавляющий вклад в полную ошибку пространственной скорости. (Вклад в полную скорость индивидуальных ошибок расстояний и лучевых скоростей цефеид мы не учитывали, поскольку они много меньше и в исходном каталоге не персонифицированы.) Заметим, что ошибки тангенциальных скоростей у большинства цефеид превышают поправки, обусловленные дифференциальным
вращением Галактики. Кроме того, многие цефеиды нашей выборки лежат далее 2 кпк от Солнца, где величины этих поправок весьма неопределенны и зависят от принятой модели вращения Галактики. Поскольку в работе оценивается лишь степень кинематической однородности населений классических цефеид в нашей Галактике, мы эти поправки не учитывали. На рис. 1а приведено распределение ошибок тангенциальных скоростей цефеид каталога (еУь). Наиболее вероятная ошибка, как видим, примерно 3 км/с и при ее увеличении численность на гистограмме экспоненциально уменьшается. Но примерно 20% цефеид каталога имеют ошибки, превышающие 40 км/с. Для удобства анализа мы составили несколько подвыборок цефеид с ошибками скоростей менее 5, 10, 20 и 40 км/с. На рис. 1б приведена диаграмма "расстояние от Солнца — остаточная скорость", где разными значками отмечены цефеиды с разной точностью определения скоростей. Из диаграммы видно, что скорости некоторых цефеид каталога явно сильно завышены случайными ошибками. Поскольку остаточные скорости мы не исправляли за дифференциальное вращение Галактики, на диаграмме наблюдается положительный тренд, т.е. на далеких расстояниях мы не видим звезд с малыми остаточными скоростями. Видно также, что все звезды с ошибками определения скоростей <5 км/с находятся в пределах кпк, с ошибками <10 км/с — в пределах ~1.5 кпк, с ошибками <20 км/с — в пределах ^2.5 кпк, а с ошибками <40 км/с — в пределах ^3.5 кпк. При этом автоматически исключаются звезды с очень высокими скоростями. Тем не менее даже в пределах 1 кпк некоторые цефеиды демонстрируют довольно высокие скорости, которые не объяснить ошибками. Поэтому интересно выявить, коррелируют ли скорости с другими параметрами цефеид. Возрасты этих звезд мы вычислили по формуле: ^ Ь = 8.50 — 0.65 ^ Р, где Ь — возраст в годах, Р — период цефеиды в сутках (Ефремов, 2003).
Поскольку целью настоящей работы является не анализ происходящих в атмосферах проэво-люционировавших звезд процессов, приводящих к изменению первичного химического состава, а исследование химической эволюции тонкого галактического диска, мы ограничились использованием содержаний только тех химических элементов, которые, согласно современным представлениям, практически не испытывают изменений, связанных с ядерными процессами в атмосферах исследуемых звезд. Такими элементами оказались, в частности, а-элементы (О, Mg, Si и Са), элементы железного пика (Ре), элементы медленного (Ва, La и Се) и быстрого нейтронных захват
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.