Пылевые оболочки звезд типа UX Ori: моделирование и интерпретация наблюдательных данных Кривова, Наталья Александровна

Введение к работе

Актуальность темы. Исследования звезд, окруженных пылевыми дисками или оболочками — Солнца, звезд типа Беги и /3 Ріс, Ае/Ве звезд Хербига и звезд типа Т Тельца — представляют большой интерес для решения проблемы образования планетных систем в процессе формирования и эволюции звезд. Ае/Ве звезды Хербига и родственные им объекты — звезды типа Т Тельца — входят в состав молодых скоплений и группировок звезд и на диаграммах Герцшпрунга-Рессела располагаются выше главной последовательности — в области эволюционных треков, соответствующих возрасту 10⁵—5-Ю⁶ лет и интервалам масс 0.5-2 М_е (звезды типа Т Тельца) и 1.5-6 М₀ (Ае/Ве звезды Хербига). Таким образом, звезды указанных типов представляют собой ранние стадии эволюции звезд малых и промежуточных масс, чем и определяется их важное место в современной космогонии.

Расширение возможностей наземных наблюдений и интенсивное развитие внеатмосферных методов исследования в ультрафиолетовом, рентгеновском и особенно инфракрасном диапазонах привели к тому, что за последнее десятилетие собран богатый наблюдательный материал об околозвездных пылевых комплексах. В частности, появилась возможность проводить наблюдения оболочек с высоким угловым и спектральным разрешением как с Земли, так и с космических аппаратов. Все это делает проблему детальной интерпретации наблюдений Ае/Ве звезд Хербига и, в частности, звезд типа UX Ori весьма актуальной.

Тем не менее число работ, посвященных теоретическому моделированию пылевых оболочек вокруг молодых звезд, по-прежнему не-

велико. При этом многие данные никогда не интерпретировались совместно. Не удивительно поэтому, что до сих пор не найдено ответов на некоторые важные вопросы. В частности, пока мало что известно об околозвездных пылевых частицах, их внутренней структуре и оптических свойствах. Не определено пространственное распределение пыли, не ясно даже, формирует ли она протяженную оболочку или более компактный оптически толстый диск. Требует детального анализа также предполагаемое присутствие субмикронных пылинок в оболочках. Считается, что пыль поставляется во внутренние слои оболочек кометообразными телами, разрушающимися вблизи звезд [1,2]. Однако хорошо известно, что давление излучения звезд класса А должно довольно быстро выметать пылинки из оболочек. С другой стороны, затмения звезд кометообразными телами, по-видимому, наилучшим образом объясняют глубокие, алголеподоб-ные непериодические ослабления блеска, наблюдаемые примерно у четверти Ае/Ве звезд Хербига: UX Ori, WW Vul и других.

Ответить на указанные и многие другие вопросы, относящиеся к проблеме формирования звезд и планетных систем, невозможно без детального исследования свойств пылевых оболочек молодых звезд и интерпретации различных наблюдательных данных о них.

Целью работы является интерпретация наблюдательных данных для звезд типа UX Ori, принадлежащих к группе Ае/Ве звезд Хербига, определение параметров их оболочек и свойств околозвездных пылевых частиц. Решение этой задачи включает, во-первых, построение моделей пылевых оболочек вокруг Ае/Ве звезд Хербига, объясняющих имеющиеся наблюдательные данные, а именно: распределение энергии в спектре от ультрафиолетовой до далекой инфракрасной

области, поведение показателей цвета в минимумах блеска, зависимость собственной поляризации от длины волны и ее изменения с блеском, и во-вторых, формулировку дополнительных наблюдательных тестов для проверки этих моделей и, в частности, расчет карт распределения интенсивности и поляризации для оболочек.

Научная новизна работы. В диссертации впервые одновременно интерпретируются инфракрасные (ИК) спектры и диаграммы "показатель цвета - звездная величина", наблюдаемые для Ае/Ве звезд Хербига с алголеподобными минимумами. Показано, что это позволяет оценивать как параметры оболочек, так и альбедо околозвездной пыли. Впервые проводится моделирование переноса поляризованного излучения в неоднородных пылевых оболочках молодых звезд и совместный анализ ИК спектров и поляризационных данных. При этом, в отличие от других работ, используются различные модели околозвездных пылинок. В частности, обсуждаются эффекты вероятной пористости пылевых частиц, ранее не рассматривавшейся для оболочек Ае/Ве звезд Хербига.

Научная и практическая ценность. В настоящей работе исследуются свойства пылевых оболочек вокруг Ае/Ве звезд Хербига с алголеподобными минимумами (UX Ori и других). Однако полученные выводы должны быть справедливы для всех Ае/Ве звезд Хербига, поскольку считается, что звезды типа UX Ori отличаются от остальных звезд Хербига лишь ориентацией их оболочек — они видны почти с ребра.

Разработанные в ходе работы модели оболочек, а также методы моделирования и программные средства могут быть использованы и

при решении других задач. Например, при изучении пылевых оболочек вокруг гигантов и сверхгигантов поздних спектральных классов, так называемых протопланетарных туманностей и некоторых отражательных туманностей, а также при моделировании изменений блеска, показателей цвета и степени поляризации излучения затмен-ных двойных звезд, имеющих пылевую оболочку.

На защиту выносятся:

1. Модели оболочек семи Ае/Ве звезд Хербига с алголеподобны-ми минимумами (UX Ori, WW Vul, BF Ori, CQ Tau, NX Pup, VX Cas, V586 Ori), объясняющие наблюдаемые спектры, диаграммы "показатель цвета - звездная величина" и другие данные; оценки параметров оболочек этих звезд — оптических толщин, размеров, и т.д. — и среднего по ансамблю альбедо пылинок.

2. Выводы о влиянии параметров моделей оболочек со сферическим и сфероидальным распределением вещества на результаты расчетов ИК спектров, поведения показателей цвета и поляризации в минимумах, а также кривых околозвездного ослабления.

3. Карты распределения интенсивности и поляризации, построенные для моделей оболочек; анализ основных характеристик этих карт и выводы о возможности их использования для дальнейшего уточнения моделей и ограничения возможных значений параметров оболочек.

4. Результаты сравнительного анализа разных моделей околозвездных пылинок и выводы о влиянии пористости пылевых частиц на результаты моделирования.

5. Модификация и расширение (включая новые блоки, подпрограммы и дополнительные утилиты) комплексов программ, предназначенных для расчета переноса излучения в одномерных, квазидвумерных и двумерных пылевых оболочках.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на:

семинарах кафедры астрофизики Санкт-Петербургского государственного Университета (ноябрь 1995 г., апрель 1997 г.);

семинаре астрофизической лаборатории Астрономического Центра им. Н. Коперника (Торунь, Польша, октябрь 1996 г.);

семинаре проблемной группы по исследованию пыли в Солнечной системе Института Аэрономии им. М. Планка (Катленбург-Линдау, Германия, февраль 1997 г.);

международном совещании "The Role of Dust in the Formation of Stars" (Южная Европейская Обсерватория, Гархинг, Германия, сентябрь 1995 г.);

международной конференции "From Stardust to Planetesimals" (Санта-Клара, США, июнь 1996 г.);

ХХШ-й Генеральной Ассамблее Международного Астрономического Союза (Киото, Япония, август 1997 г.);

международном совещании "Zodiacal Cloud Sciences" (Кобе, Япония, сентябрь 1997 г.).

/

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Она изложена на 156 страницах (116 страниц основного текста, 14 страниц приложений и 26 страниц списка литературы), включает 3 таблицы и 33 рисунка. Список литературы содержит 320 наименований.