Введение к работе
В данной диссертации сформированы выборки звёзд ОВ, красных гигантов ветви, красных гигантов сгущения и субкарликов из каталогов Tycho-2 и 2MASS с привлечением других данных, их абсолютная величина прокалибрована в зависимости от нормального цвета и/или приведённого собственного движения по данным для звёзд HIPPARCOS, несколькими методами оценено их покраснение и межзвёздное поглощение, получены фотометрические и/или фотоастрометрические расстояния и проанализировано трёхмерное распределение отобранных звёзд, в том числе -падение плотности распределения с координатой |Z| и согласие пространственного распределения с Безансонской моделью Галактики и предполагаемым возрастом звёзд.
Проанализировано движение отобранных звёзд. Их лучевые скорости собраны из разных источников, переведены в одну систему, оформлены в виде единого каталога и объединены с собственными движениями для анализа распределения звёзд в пространстве скоростей UVW и оценки различных кинематических характеристик. Для некоторых классов звёзд привлечены данные о металличности.
Покраснение звёзд и межзвёздное поглощение играют ключевую роль в достоверном определении характеристик звёзд. Оценки поглощения, полученные в диссертации разными методами и для разных классов звёзд, сравниваются между собой и со сторонними результатами. При этом не игнорируются пространственные вариации коэффициента поглощения Rv - строится не только трёхмерная карта покраснения звёзд, но и трёхмерная карта вариаций Rv, а как их произведение - трёхмерная карта поглощения. Кроме того, для случаев, когда о звезде не известно ничего, кроме её координат, по карте поглощения и трём каталогам индивидуальных поглощений звёзд получена трёхмерная модель поглощения, т.е. аппроксимирующая поглощение явная функция в зависимости от координат, учитывающая не только поглощение около галактического экватора, но и в поясе Гулда.
Актуальность темы диктуется тем, что в начале 21-го века спектроскопические наблюдения звёзд остаются трудоёмкими и менее результативными по числу звёзд, чем фото- и астрометрические. Поэтому после появления относящихся ко всей небесной сфере каталогов Tycho-2 (2000
год), SuperCOSMOS (2001), 2MASS (2006), UCAC3 (2009), ХРМ (2009), в ожидании других каталогов с точной фото- и астрометрией миллионов звёзд по всему небу (SDSS, DENIS, ...) становится актуальной задача исследования ближней части Галактики с помощью только многоцветной широкополосной фотометрии и собственных движений большого числа звёзд, а также параллаксов и лучевых скоростей небольшого их числа.
Основные методы таких исследований заложены ещё в 20-м веке с появлением точной фото- и астрометрии в отдельных областях неба. Некоторые из них даны, например, в книге Страйжиса (1977). Теоретически этих методов должно быть достаточно для получения полных выборок звёзд разных классов в ближней части Галактики, оценки покраснения, межзвёздного поглощения и расстояния для каждой звезды, а вслед за этим, эволюционного статуса, массы, металличности, возраста и других ключевых характеристик, по крайней мере, некоторых звёзд. Но реализация этих методов сдерживалась отсутствием массовых каталогов, относящихся ко всему небу, до появления Tycho-2. Проверка работоспособности этих методов, их адаптация к современным массивам данных, а в некоторых случаях - дальнейшее развитие, весьма актуально.
Ограничения методов и данных приводят к возникновению в результатах случайных и систематических ошибок, селекции и смещений определяемых величин. Поэтому актуально представленное в диссертации уточнение характеристик рассматриваемых классов звёзд и особенностей распределения поглощающей свет межзвёздной среды на основе наиболее полных и чистых выборок звёзд в максимальной области пространства.
Цели
Основными целями диссертационной работы являются:
-
Использование многоцветной широкополосной фотометрии и астрометрии миллионов звёзд из современных обзоров неба для формирования выборок звёзд, охватывающих всё небо, полных в значительной части ближайшего к Солнцу килопарсека Галактики: звёзд ОВ, гигантов сгущения, гигантов ветви и субкарликов.
-
Оценка различными методами покраснения индивидуальных звёзд и соответствующего межзвёздного поглощения в ближайшем килопарсеке, построение трёхмерных карт покраснения, коэффициента поглощения Rv (трёхмерных карт вариаций закона поглощения) и полного
межзвёздного поглощения, разработка наиболее физичной аналитической трёхмерной модели поглощения.
-
Вычисление наиболее вероятных абсолютных величин и расстояний для отобранных звёзд с использованием фото- и астрометрии, а также - найденного поглощения. Анализ трёхмерного пространственного распределения отобранных звёзд.
-
Сбор разнородных наблюдений барицентрических лучевых скоростей звёзд, анализ и учёт их систематических ошибок и формирование наиболее точного в систематическом отношении сводного каталога лучевых скоростей по всему небу.
5. Вычисление пространственных скоростей отобранных звёзд и
анализ статистических характеристик их движения (кинематики).
6. Анализ связей между пространственным распределением, кинема
тикой, возрастом, металличностью и эволюционным статусом отобранных
звёзд.
Основные положения, выносимые на защиту
1). Согласованные между собой трёхмерные карты вариаций закона поглощения (коэффициента Rv) в радиусе 500 пк от Солнца, покраснения звёзд и межзвёздного поглощения в ближайшем к Солнцу килопарсеке, а также трёхмерная аналитическая модель поглощения в радиусе 500 пк от Солнца. Карта вариаций Rv показывает согласованные для звёзд ОВ и гигантов ветви существенные (от 2.2 до 4.4) систематические вариации Rv преимущественно в направлениях, радиальных относительно центра пояса Гулда, а также - систематическое увеличение Rv в направлении центра Галактики в тонком слое около галактического экватора. Все карты и модель показывают наличие слоя поглощающего вещества в поясе Гулда и его большой вклад в суммарное межзвёздное поглощение.
2). Пулковский сводный каталог лучевых скоростей 35493 звёзд HIPPARCOS в единой системе с учётом обнаруженных систематических ошибок лучевых скоростей в исходных наблюдательных каталогах.
3). Выборки звёзд ОВ, гигантов сгущения, гигантов ветви и субкарликов, существенно превышающие выборки из каталога HIPPARCOS по числу звёзд и области пространства, где эти выборки полны. Для всех отобранных звёзд вычислено наиболее вероятное расстояние, покраснение и межзвёздное поглощение, для некоторых из них - компоненты скорости.
4). Уточнены важные характеристики звёзд из полученных выборок. Полная выборка гигантов сгущения в радиусе около 500 пк от Солнца содержит кроме относительно старых звёзд возрастом 2-10 млрд. лет с начальными массами не более 2 масс Солнца, прошедших стадию с вырожденным гелиевым ядром, существенную долю (около 20%) более молодых и массивных звёзд, ядра которых никогда не были вырождены. Самые красные углеродные звёзды ((Bx-Vx)o>2.5m) являются исключительно гигантами асимптотической ветви с возрастом менее 2 млрд. лет и массой более 2 масс Солнца. Холодные субкарлики являются близкими по своим свойствам непроэволюционировавшими звёздами низкой металлич-ности, принадлежащими галактическому гало, в то время как, горячие субкарлики - разнообразными по свойствам проэволюционировавшими звёздами, принадлежащими как гало, так и диску. По распределению самых старых звёзд ОВ, гигантов ветви и гигантов сгущения получено единое значение возвышения Солнца над плоскостью Галактики: 13 пк.
Научная новизна
Впервые построены относящиеся ко всему небу точные трёхмерные карты вариаций закона поглощения (коэффициента поглощения Rv) в радиусе 500 пк от Солнца, покраснения звёзд и межзвёздного поглощения в ближайшем килопарсеке. При этом впервые наблюдаемые систематические отклонения межзвёздного поглощения от барометрического закона количественно объяснены наличием поглощения не только около галактического экватора, но и в поясе Гулда. Количественная оценка оформлена в виде трёхмерной аналитической модели поглощения. Впервые объясняются имеющиеся в литературе противоречивые данные о корреляции или антикорреляции покраснения и коэффициента Rv. Корреляция есть в тонком слое (|Z|<100 пк) около галактического экватора, т.к. здесь в направлении центра Галактики растёт и покраснение, и Rv. Вне этого слоя имеется антикорреляция: в высоких и средних галактических широтах меньшему покраснению соответствуют большие значения Rv.
Создан крупнейший каталог точных барицентрических лучевых скоростей звёзд по всему небу в единой системе, учитывающий систематические ошибки наблюдений на разных инструментах.
Сформированы и проанализированы крупнейшие выборки звёзд ОВ, гигантов сгущения, гигантов ветви и субкарликов по всему небу, полные в значительной части ближайшего килопарсека. По числу звёзд и
объёму пространства, где выборки полны, они в несколько раз превосходят аналогичные выборки из каталога HIPPARCOS. Оценены расстояния, покраснения и поглощения для всех звёзд выборок, а также - скорости некоторых из них.
Впервые показано, что фотометрические (откалиброванные по корреляции показателя цвета и абсолютной звёздной величины) и фотоастрометрические (откалиброванные по корреляции приведённого собственного движения и абсолютной звёздной величины) расстояния согласуются друг с другом и с тригонометрическими расстояниями, а моделирование позволяет оценить их отличие от истинных расстояний. Впервые показано, что вносимые таким образом смещения в оценки статистических характеристик при существующем уровне точности фотометрии и астрометрии не превышают смещений, вносимых обычным ограничением каталогов по видимой звёздной величине. Это позволяет использовать фотометрические и фотоастрометрические расстояния в исследованиях пространственного распределения и кинематики звёзд.
Впервые показано, что полная выборка красных гигантов сгущения в радиусе 500 пк от Солнца содержит кроме относительно старых звёзд возрастом 2-10 млрд. лет с начальными массами не более 2 масс Солнца, прошедших стадию с вырожденным гелиевым ядром, существенную долю (около 20%) более молодых и массивных звёзд, ядра которых никогда не были вырождены.
Впервые для выборки субкарликов, которая полна в большой области пространства (100-150 пк), показано, что горячие и холодные субкарлики имеют существенно разный эволюционный статус: соответственно, проэволюционировавшие звёзды разных подсистем Галактики и непроэволюционировавшие звёзды гало.
Практическое значение
Реализованные в данной работе методы могут быть в будущем применены для формирования и анализа выборок звёзд разных классов, анализа поглощения и свойств пыли в значительной области пространства с использованием фото- и астрометрических данных создаваемых сейчас и будущих каталогов UCAC4, DENIS, SDSS, GAIA и других.
Созданные выборки звёзд ОВ, гигантов сгущения, гигантов ветви и субкарликов могут использоваться в дальнейших исследованиях.
Найденные вариации коэффициента Rv и существенно ненулевое покраснение и поглощение в высоких и средних галактических широтах, а также - систематические ошибки широко используемой карты покраснения Schlegel et al. (1998) должны учитываться при анализе характеристик небесных объектов, в том числе - внегалактических.
Созданная трёхмерная модель поглощения, трёхмерная карта вариаций Rv и трёхмерная карта поглощения важны для оценок Rv и поглощения во всех случаях, когда известны только пространственные координаты объекта.
Созданная трёхмерная карта вариаций Rv и трёхмерная карта поглощения могут использоваться для анализа распределения поглощающей материи.
Созданный каталог лучевых скоростей может использоваться для анализа движения отдельных звёзд и их групп.
Апробация
Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинарах по астрометрии, звёздной астрономии и астрофизике ГАО РАН, заседании Учёного совета ГАО РАН, а также - на ряде республиканских и международных научных конференций. Среди них:
Международная конференция "Order and chaos in stellar and planetary systems" (СПбГУ, Санкт-Петербург, 17-24 августа 2003 г.).
3-я Всероссийская астрономическая конференция (ВАК-2004) "Горизонты Вселенной" (МГУ, Москва, 3-10 июня 2004 г.).
Конференция "Основные направления развития астрономии в России" (КГУ, Казань, 21-25 сентября 2004 г.).
Международный симпозиум "Астрономия 2005 - современное состояние и перспективы" (ГАИШ, Москва, 1-5 июня 2005 г.).
Конференция "Звёздные системы", посвященная 100-летию со дня рождения П.П.Паренаго (ГАИШ, Москва, 24-26 мая 2006 г.).
Конференция "Астрономия 2006: традиции, настоящее и будущее" (СПбГУ, Санкт-Петербург, 26-30 июня 2006 г.).
Международная конференция "Dynamics of galaxies" (ГАО РАН, Санкт-Петербург, 5-10 августа 2007 г.).
Всероссийская астрономическая конференция (ВАК-2007) "Космические рубежи XXI века" (КГУ, Казань, 17-22 сентября 2007 г.).
Всероссийская астрометрическая конференция "Пулково-2009" (ГАО РАН, Санкт-Петербург, 15-19 июня 2009 г.).
Международная конференция "Variable Stars, the Galactic halo and Galaxy Formation" (Звенигород, Московская обл., 12-16 октября 2009 г.).
Международная конференция "Dynamics and evolution of disc galaxies" (Пушино, Московская область, 31 мая-4 июня 2010 г.).
Коллоквиум "Современная звёздная астрономия" (ГАИШ, Москва, 9 июня 2010 г.).
Всероссийская астрономическая конференция (ВАК-2010) "От эпохи Галилея до наших дней" (САО РАН, Нижний Архыз, Карачаево-Черкесская республика, 13-18 сентября 2010 г.).
Различные аспекты работы, положенные в основу диссертации, прошли экспертизу и выполнялись по темам научных исследований ГАО РАН. Они были поддержаны грантами Российского фонда фундаментальных исследований № 02-02-16570, 05-02-17047, 08-02-00400, 09-02-90443-Укрфа и программой Президиума РАН "Происхождение и эволюция звёзд и галактик".
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 238 работ. Общий объем диссертации 385 страниц, в том числе, 26 таблиц и 139 рисунков.
Публикации
Основные научные результаты диссертации опубликованы в 18 статьях. Из общего числа статей 17 работ опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторской диссертации.
Личный вклад автора
В работах, выполненных в соавторстве, автору диссертации принадлежит следующий вклад:
Витязев В.В., Бобылев В.В., Гончаров Г.А., 2003 - подготовка данных по визуально-двойным звёздам, участие в интерпретации результатов;
Гончаров Г.А., Витязев В.В., 2005 - подготовка исходных данных, расчёты, анализ результатов;
Бобылев В.В., Гончаров Г.А., Байкова А.Т., 2006 - подготовка исходных данных, участие в интерпретации результатов;
Бобылев В.В., Степанищев А.С., Байкова А.Т., Гончаров Г.А., 2009 -подготовка исходных данных, участие в интерпретации результатов;
Gontcharov G.A., Bajkova А.Т., Fedorov P.N., Akhmetov V.S., 2011 -постановка задачи, отбор звёзд, анализ исходных данных, интерпретация результатов;
Fedorov P.N., Akhmetov V.S., Bobylev V.V., Gontcharov G.A., 2011 -участие в интерпретации результатов.
