Бочкарев Н.Г., Карицкая Е.А, Шиманский В.В., Галазутдинов Г.А.

Подтверждение вариации
химсостава межзвездного
вещества Галактики
по О-сверхгигантам
HDE 226868 (Cyg X-1) и alpha Cam
Бочкарев Н.Г., Карицкая Е.А., Шиманский В.В.,
Галазутдинов Г.А.
30 сент.2009 Ростов/Дон
горячая линия
.
Расстояние d = 2 – 2.5 кпк (>1.8 кпк)
.
Использованные
наблюдения
 Пик Терскол
2-м телескоп
эшелле-спектрограф
фокус Кудэ R = 45000
3700 - 10300 Å
фокус Кассегрена R = 13000
3800 – 7600 Å
За 28 ночей 2002 - 2004 получено 68
спектров
 BOAO Observatory (Южная
Корея)
1.84-м телескоп
фиберный спектрограф
R = 44000, 30000
3800 – 10000 Å
За 5 ночей 7 спектров
В спектрах видны
образующиеся в
звездной системе:
Последовательность профилей
линии Hα c орбитальным периодом,
полученных в июне 2003 г
• линии поглощения
сверхгиганта HI, HeI, HeII,
• бленда CNO l4640Å
• многочисленные линии
тяжелых элементов (C, N,
O, Ne, Mg, Al, Si, S, Zn),
• сильные эмиссионные
компоненты в линиях Hα и
HeII l4686Å со сложными
профилями.
X-ray “hard”
2002 г
X-ray “soft”
2002 г
X-ray “soft”
Методика моделирования спектров Cyg X-1
Программный комплекс SPECTR
(Сахибуллин, Шиманский, 1997)
1) Модели облучаемых атмосфер в
приближении баланса функций
нагрева и охлаждения (Иванова
и др., 2002).
2)
Эквипотенциальная
форма
звезды, близкой к заполнению
полости
Роша
(Шиманский,
2002).
3) Два типа распределения
внешнего
излучения – “soft”
“hard” (A.Zdziarski, M. Gierlinski,
(Prog.
Theor.
Phys.
Suppl.
No.155, 2004)
4) Синтетический спектр с
учетом
580000
линий
(Шиманский и др., 2003).
5) Прямой расчет не-ЛТР
эффектов для HI, HeI, MgII,
SiIV
с учетом облучения
(Иванова и др., 2004).
Корректное описание линий Hi и HeI
определяет параметры O-звезды:
Teff = 30400 +/- 500K,
log g =3.31 +/- 0.07,
[He/H] = 0.43+/- 0.06
• Эмиссионные компоненты типа
P Cyg в профилях линий HeI
λλ4387, 4471, 4713, 4921, 5876 Å
- горячий ветер, истекающий с
поверхности
O-звезды
на
глубинах lg τ < -2.0.
Определение химсостава HDE226868
• В спектре оптического компонента Лебедя Х-1 в
диапазоне 3960-5880 A нами отождествлено
(помимо 4 линий Н и линии HeII 4686A со сложным
профилем) 130 линий поглощения и 7 бленд ионов:
HeI, HeII, CII, CIII, CIV, NII, NIII, OII, OIII, NeII, MgII,
AlIII, SiIII, SiIV, SIII, FeIII, ZnIII.
• 112 из 130 линий использовалось для определения
содержания элементов по отношению к H: 15 He
линий, 9 C линий, 36 N линий, 31 O линия, 3 Ne
линии, 1 Mg линия, 1 Al линия, 9 Si линий, 3 S
линии, 1 Fe линия, and 3 Zn линии.
Содержание элементов в HDE226868
Химсостав вещества, из которого
образовался Cyg X-1
Содержания Al, Fe, Zn согласуются друг с другом и
соответствуют металличности [Fe/H] ≈ 0.35 dex,
типичной для молодых звезд диска Галактики.
Среднее содержание CNO тоже соответствует
металличности [<CNO>/H] = 0.33.
Принимая во внимание неопределенность оценки
содержания для Mg и S, можно предположить, что
они не противоречат полученной металличности.
Т.о., металличность Cyg X-1 соответствует
популяции наиболее молодых звезд
Галактического диска.
Особенности химсостава Лебедя Х-1
1) Индивидуальные относительные содержания
CNO элементов указывают на прошедшие реакции
CNO-цикла ([N/C] = [N/O] = 0.7 dex).
2) Избыток содержания [He/H] = 0.42 dex мог
образоваться в результате синтеза в слоевом
источнике и/или при перетекании вещества
соседней компоненты до релятивистской стадии.
3) Избытки содержания неона [Ne/H] = 0.7 dex и
кремния [Si/H] = 0.7 dex указывают на влияние
альфа – процесса.
4) Учет типичной для О-сверхгигантов
неотождествленной эмиссии, частично
заливающей линию MgII 4481A, приводит к скорее
всего к [Mg/H] = 0.6 dex.
Выводы по химсоставу Cyg X-1
• Химический состав сверхгиганта Cyg X-1
аномален. Видны проявления ядерной
переработки вещества как CNO, так и
альфа – процессами.
• Найденные особенности химического
состава оптического компонента Cyg X-1
могут служить индикатором пути
эволюции этой системы.
Возможные источники
«загрязнения» атмосферы
оптического компонента Лебедя Х-1
• перемешивание материи внутри
сверхгиганта, вызванное, например,
приливным взаимодействием.
• аккреция вещества с соседнего
компонента либо на стадии общей
оболочки, либо при взрыве SN.
Сопоставление с alpha Cam
Alpha Cam:
• Sp O9.5 I, V=4.3 mag,
• Teff = 30800 K,
• log g = 3.20
Cyg X-1:
• Sp O9.7 Iab,V=8.9 mag.,
• Teff = 30400 K
• log g = 3.31
Наблюдения обоих объектов:
• на одном инструменте,
• с одинаковым сп. разрешением.
Использование:
• одинакового метода определения Teff и log g;
• одинакового набора спектральных линий.
Малая разность параметров звезд и дифференциальный
анализ содержаний.
Все это исключает ошибки сил осцилляторов и недостатки
методики расчетов синтетических спектров
 получаемой разности химсоставов можно доверять!
Разность содержаний элементов в
HDE 226868 (Cyg X-1) и alpha Cam
Результат сравнения химсостава
HDE226868 и alpha Cam
• Содержания всех исследованных
тяжелых элементов:
[<CNO>/H], [Al/H], [S/H] и [Zn/H]
в HDE 226868 больше, чем в alpha Cam
на 0.15 – 0.3 dex.
Вариации содержания «металлов» в МЗС в
окрестностях Солнца по 50 цефеидам
(Luck R.E., Kovtyukh V.V., Andrievsky S.M. 2006 The Distribution
of the Elements in the Galactic Disk AJ 132, 902-918)
Alpha Cam:
d=2.1 кпк
l=144°
Cyg X-1:
d=2.5 кпк
l=74°
Расстояние
между ними
2.5-2.7 кпк
Результаты сопоставления Z в
HDE 226868 и alpha Cam с данными,
полученными по 50 цефеидам
• Различие Z согласуется с данными,
полученными по цефеидам
 взаимное подтверждение данных.
• Градиент dZ/dRG для 7 < RG < 9 кпк
отсутствует.
 разность составов наших двух звеэдам
определяется клочковатостью
распределения Z в плоскости Галактики.
Следствия для строения Галактики
• Данные по цефидам и наш результат указывают на
неоднородность распределения Z в межзвездной среде
Галактики с характерный масштабом около 2 кпк
 Это соответствует представлению о гравитационносвязанных сверхоблаках в межзвездной среде,
сохраняющих свою индивидуальность более 1 млрд. лет.
• Сверхоблака могут возникать в результате развития
неустойчивости Рэлея – Тейлора – Паркера.
Рисунок: Неустойчивость
Рэлея – Тейлора -- Паркера
замагниченного межзвшздного
вещества в гравитационном поле
звезд плоской составляющей
галактики. Показаны:
• сгустки газа в магнитных ямах;
• силовые линии магнитного поля.
Черта внизу — плоскость галактики.
Выводы
•
Методом модельных атмосфер с учетом не-ЛТР эффектов
определены содержания элементов в атмосферах двух Осверхгигантов HDE 226868 (оптический компонент Cyg X-1)
и alpha Cam с близкими физическими характеристиками, но
находящиеся на расстоянии 2.5-2.7 кпк друг от друга.
•
Среднее содержание элементов группы CNO, а также Al, S
и Zn в HDE 226868 на 0.15-0.3 dex превосходит содержание
этих элементов в alpha Cam, что согласуется данными,
полученным Luck, Kovtyukh, Andrievsky (2006) по 50
цефеидам распределением тяжелых элементов в диске
Галактики.
• Это является подтверждением неоднородности
распределения тяжелых элементов на масштабе порядка 2
кпк и соответствует представлением о том, что
«сверхоблака» межзвездной среды сохраняют свою
индивидуальность на шкале времени более одного
миллиарда лет.
Спасибо за внимание