Лучевые скорости и радиусы классических цефеид Сачков, Михаил Евгеньевич

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время велик интерес к проблемам, связанным со шкалой расстояний во Вселенной, поскольку они непосредственно затрагивают широкий спектр «опросов: от звездной эволюции (возрасты шаровых скоплений), строения и кинематики Галактики и звездных систем, до космологии (возраст Вселенной). Надежды на окончательное решение проблемы, связывавшиеся с выполнением проекта HIPPARCOS, как показали многочисленные дискуссии в научной литературе, оправдались не полностью. По-прежнему рассматриваются по крайней мере два варианта шкалы расстояний («короткая» и «длинная») [1,21]. Хорошо известно, что наиболее надежная шкала расстояний основана на зависимости период - светимость для классических цефеид [1] и в конечном счете опирается на фотометрические расстояния до немногочисленных рассеянных звездных скоплений, содержащих цефеиды. При этом шкала расстояний рассеянных скоплений (зависящая и от результатов теории звездной эволюции) фактически базируется на расстоянии одного - двух скоплений (Гиад и Плеяд) и поэтому нуждается в независимой проверке. Эта задача может быть решена путем исследования радиусов классических цефеид при одновременном использовании данных о межзвездном поглощении и калибровки зависимости показатель цвета - эффективная температура. Следовательно, радиусы цефеид, представляющие собой один из фундаментальных параметров звезды, интересны не только с узкой точки зрения изучения цефеид, но и могут послужить ключом к решению фундаментальных проблем современной астрофизики.

При определении радиусов (зависимости период - радиус) цефеид обычно опираются па фотоэлектрические и спектральные наблюдения [2,3]. Однако, несмотря на несомненный прогресс в области накопления ьысокоточных наблюдательных данных по лучевым скоростям цефеид [4,5], в большинстве работ, посвященных этой теме, уделяется недостаточно внимания спектральным наблюдениям [6-8]. Между тем, количество и точность лучевых скоростей, используемых при определении радиуса цефеид, весьма существенно влияют на получаемый результат [9J. Задача выявления возникающих систематических и случайных ошибок все еще остается актуальной.

Определение зависимости период - радиус в подавляющем большинстве работ производилось по немногочисленным данным (обычно используется 15-20 звезд) и с использованием наблюдений из различных источников, между которыми возможны существенные систематические различия. Таким образом, весьма важной остается задача получения зависимости период - радиус по массовым и, что весьма существенно, однородным наблюдениям.

До настоящего времени остается открытым вопрос о реальных ошибках определения радиусов цефеид. В работах различных авторов обычно приводится ошибка используемого метода (согласование модели и наблюдений), в лучшем случае проводится исследование систематических ошибок определения радиусов, вызванных несинхронностью спектральных и фотоэлектрических наблюдений [6]. До сих пор никем не было сделано оценки влияния случайных ошибок (вызванных погрешностями наблюдений и недостаточностью покрытия кривых лучевых скоростей, блеска и показателя цвета) на определяемые радиусы.

До сих пор пс существовало метода оценки радиусов бимодальных цефеид - особого класса звезд, пульсирующих сразу в двух модах. К классу таких цефеид, включающему около 20 звезд, в частности, относится звезда V367 Set - член рассеянного скопления NGC 6649, и ее исследование представляется особенно интересным.

Кроме того, несколько цефеид - членов рассеянных скоплений (например, SZ Таи, VI726 Cyg и др.) относятся к классу малоамплнтудных. Определение радиусов малоамплнтудных цефеид позволяет внести ясность и в классификацию этих звезд [10]. По классификации ОКПЗ [11], к классу малоамплитудных относятся цефеиды с амплитудами изменения блеска менее 0^т.5 (V). Предполагалось, что эти звезды пульсируют не в основном тоне, как большинство галактических цефеид, а в первом обертоне. Между тем, на зависимости период - радиус звезды, пульсирующие в различных модах, должны разделяться на две группы, т.к. периоды их пульсаций отличаются в 0.71 [12, 13]. Таким образом, значение радиуса может являться индикатором моды пульсации звезды. Связь проблемы радиусов цефеид с такими важнейшими проблемами астрофизики, как уточнение астрономической шкалы расстояний и. классификации цефеид, подтверждает актуальность настоящей работы.

Цель настоящей работы заключается:

в получении длительных рядов наблюдений лучевых скоростей цефеид для изучения формы кривой изменения лучевой скорости и для дальнейшего использования этих кривых при вычислении радиусов цефеид;

в получении зависимости период - радиус для галактических цефеид;

в получении кривых изменения лучевой скорости бимодальных цефеид раздельно для каждой моды пульсации;

(.

в получении зависимости период - радиус для малоамплитудных цефеид для определения моды их пульсации;

в исследовании влияния случайных и систематических ошибок па определяемые значения радиусов для определения реальных ошибок зависимости период - радиус.

Научная новизна работы определяется тем, что:

1. Впервые на основе массовых и однородных фотометрических данных и наблюдений лучевых скоростей получена зависимость период - радиус для столь большого числа (62 классических цефеид, пульсирующих в основном тоне, 14 малоамплитудных и 4 бимодальных) галактических цефеид с использованием усовершенствованного метода Балона [14].

2. Впервые радиусы цефеид определялись как с использованием всей кривой блеска так и только ее нисходящей ветви, так как особенности излучения этих звезд на восходящей ветви кривой блеска (связанные с ударными волнами) затрудняют использование показателей цвета в качестве индикаторов эффективной температуры [15].

3. Впервые предложен метод оценки радиусов бимодальных цефеид, получены раздельные кривые лучевых скоростей для двух периодов пульсации и получена зависимость период - радиус для звезд этого класса.

4. Получена зависимость период - радиус для малоамплитудных цефеид и определена мода их пульсации.

5. Произведена оценка реальных ошибок определения радиусов цефеид и показана невозможность уточнения шкалы расстояний классических цефеид по их радиусам.

Научная н практическая значимость данной работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы:

(1)для изучения кинематики молодого населения нашей Галактики и уточнения расстояния Солнца до центра Галактики;

2. для определения шкалы расстояний классических цефеид независимо от шкалы расстояний рассеянных скоплений;

3. при создании теорий пульсаций одномодных, бимодальных и малоамплитудных цефеид;

4. при классификации малоамплитудных цефеид.

Апробация. Результаты, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на заседаниях семинара по звездной астрономии ГАИШ МГУ, были представлены в стендовом докладе Генеральной ассамблеи МАС (Киото, 1997г.).

Все основные результаты опубликованы в астрономических изданиях.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты измерения лучевых скоростей цефеид северного неба, выполненные в 1992-1997 годах с помощью корреляционного спектрографа конструкции Токовинина [16]. Составленная при участии автора база данных по высокоточным лучевым скоростям цефеид включает около 5000 измерений.

2. Исследование систематических и случайных ошибок определения радиусов методом Балона. Важнейшие источники ошибок: несинхронность

наблюдении блеска и лучевых скоростей, влияние малого числа измерений и др. Реальные ошибки определения радиусов составляют не менее 15 %.

3. Вычисление радиусов 62 классических галактических цефеид по
наиболее плотным рядам измерений. Построение зависимости период -
радиус (Ро - период основного тона пульсаций):

lg R = !.23(±0.03) + 0.62(±0.03) ig Ро

4. Получены раздельные кривые лучевых скоростей для двух
периодов пульсации для 5 бимодальных цефеид. Получены оценки
радиусов 4 бимодальных цефеид, определена зависимость период - радиус
для бимодальных цефеид:

lgR = 1.27(±0.08) + 0.60(±0.14)lgP₀ 5. Получены радиусы и определена мода пульсации для 14 малоамплитудных цефеид. Для них получена зависимость период -радиус вида:

lg R = 1.27(±О.03) + 0.57(+0.04) lg Ро Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации 104 страницы, в том числе 12 рисунков, 4 таблицы и 5 страниц списка литературы.