Спектроскопическое исследование звёзд высокой светимости с околозвездными оболочками

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-12-00069

НазваниеСпектроскопическое исследование звёзд высокой светимости с околозвездными оболочками

Руководитель Панчук Владимир Евгеньевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук , Карачаево-Черкесская Республика

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды

Ключевые слова Звёзды высокой светимости, эволюция, нуклеосинтез, звездный ветер, спектрограф, приемники излучения, управление, обработка информации, модели звездных атмосфер.

Код ГРНТИ41.23.21, 41.51.27, 41.51.41

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью проекта является изучение на долговременной шкале переменности кинематического состояния протяженных атмосфер и околозвездных оболочек звезд высокой светимости (ЗВС). Верхнюю часть диаграммы Герцшпрнга-Рессела заселяют далеко проэволюционировавшие звезды различных масс на кратких переходных этапах эволюции: желтые гипергиганты, голубые переменные (BSG и LBV), сверхгиганты с B[e]-феноменом, красные сверхгиганты. Эти потомки массивных звезд с исходными массами более 8-10 масс Солнца обладают высоким темпом потери вещества и имеют комплексные и переменные спектры с мощными эмиссиями. Проект базируется на многолетних наблюдениях на 6-м телескопе БТА с эшелле спектрографом НЭС − единственным в настоящее время в России спектрографом, который в сочетании с крупноформатной ПЗС 2Кх4.6К поставляет спектры высокого разрешения R>60000. Мы получим спектры для репрезентативной выборки объектов, результаты их анализа будут сопоставлены с данными, полученными нами на БТА в предыдущие 25 лет. На основе обширной коллекции однородных данных мы изучим поведение профилей специфических спектральных деталей, формирующихся на различных глубинах протяженной атмосферы звезды, в ее околозвездной (зачастую структурированной) среде, а также детали, формирование которых идет в области звездного ветра. Будут найдены изменения профилей, обусловленные пульсациями, нестабильным звездным ветром и вероятным присутствием компаньона. Будут выявлены взаимосвязи этих процессов для вышеуказанных типов ЗВС, включая и ряд маломассивных post-AGB сверхгигантов, наблюдаемые свойства которых пересекаются с таковыми у массивных ЗВС, что зачастую предельно усложняет фиксацию эволюционной стадии. Основываясь на результатах анализа пульсаций, мы изучим роль пульсационной неустойчивости в формировании выбросов вещества, наблюдаемых у желтых гипергигантов, подобно выбросам оболочек у гипергиганта ρ Cas.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Панчук В.Е., Клочкова В.Г. Mira Ceti type variables. Atomic spectra Pleiades Publishing, Astrophysical Bulletin, vol.77, (4) 347-358, 2022 (год публикации - 2022)
10.1134/S1990341322040071

2. Нодяров А.С., Мирошниченко А.С., Хохлов С.А., Жариков С.В., Мансет Н., Клочкова В.Г., Гранкин К.Н., Архаров А.А.,Ефимова Н., Климанов С., Ларионов В.М., Руди Р.Дж., Пуеттер Р.Л., Перри Р.Б., Рева И.В., Омаров К.Т., Кокумбаева Р.И. Toward Understanding the B[e] Phenomenon. IX. Nature and Binarity of MWC645 IOP Science, The Astrophysical Journal, Volume 936, Issue 2, id.129, 2022 (год публикации - 2022)
10.3847/1538-4357/ac87a1

3. Клочкова В.Г., Ислентьева Е.С., Панчук В.Е. К проблеме статуса звезды Schulte 12 в ассоциации Cyg Ob2 Pleiades Publishing, Астрономический журнал, т.99, (11), 959-969, 2022 (год публикации - 2022)
10.1134/S1063772922110099

Публикации

1. Мирошниченко А.С., Жариков С.В., Мансет Н., Хохлов С.А., Нодяров А.С., Клочкова В.Г., Дэнфорд С., Куратова А.К., Менникент Р., Чойновски С.Д., Радж А., Биши Д. Recent Progress in Finding Binary Systems with the B[e] Phenomenon Galaxies, 11, 1, 36 (год публикации - 2023)
10.3390/galaxies11010036

2. Панчук В.Е., Клочкова В.Г. Mira Variables. Molecular Spectra Astrophysical Bulletin, 78, 2, 174 (год публикации - 2023)
10.1134/S1990341323020037

3. Клочкова В.Г., Панчук В.Е., Юшкин М.В. Bipolar Nebula AFGL 2688 in the System of Post-AGB Star V1610 Cyg Astrophysical Bulletin, 78, 3, 412 (год публикации - 2023)
10.1134/S1990341323700128

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Многолетний спектральный мониторинг B[e] звезды CI Cam в спокойном состоянии Впервые после вспышки в 1998 г звезды CI Cam с феноменом B[e] в спектре на 6-м телескопе БТА в 2002–2023 г проведен ее спектральный мониторинг. Значительная удаленность CI Cam (параллакс π=0.21 mas по данным Gaia EDR3) затрудняет регулярный спектральный мониторинг с высоким разрешением, поэтому наша коллекция спектров является первой. Все спектры CI Cam получены нами с высоким разрешением (R≥60000) с эшелле спектрографом НЭС, стационарно расположенном в фокусе Нэсмита в сочетании с крупноформатной матрицей ПЗС. В течение 2024 г в спектрах CI Cam выполнены необходимые измерения (позиционные и спектрофотометрические). Основные новые результаты мониторинга звезды заключаются в следующем: -- впервые детально отождествлены спектральные детали, формирующиеся в различных физических условиях (в атмосфере и структурированной околозвездной среде) и проанализировано их поведение со временем: -- интенсивность коротковолновых пиков “прямоугольных” профилей запрещенных и разрешенных эмиссий ионов металлов выше длинноволновых пиков для всех дат наблюдений, за исключением спектра 13.01.2011 с обратным отношением V/R и спектра 18.11.2008 с равной интенсивностью пиков. Выявлено систематическое снижение интенсивностей всех эмиссий с “прямоугольными” профилями по мере удаления во времени от вспышки 1998 г. -- кинематическое состояние в системе CI Cam стабильно, средняя скорость по эмиссиям для всех дат наблюдений Vr(aver)=−53.1 ± 0.5 км/с. Полуамплитуда составляет 2.5 км/с. Стабильное положение запрещенной линии [NII] 5755 Å обеспечило выбор системной скорости Vr=−55.4 ± 0.6 км/с; -- вне общей картины лучевых скоростей оказывается эмиссия вблизи 4686 Å, ее интенсивность и положение изменяются существенно. Значительная интенсивность эмиссии, около 16% от локального континуума, зарегистрирована нами лишь в спектре за сентябрь 2015 г. Имеющиеся в настоящее время данные не дают возможности решить вопрос отождествления этой детали в ряде работ как эмиссии HeII, а, следовательно, о надежности ее применения для оценки периода переменности звезды и о локализации эмиссии в системе CI Cam. Очевидна необходимость многократного увеличения количества высококачественных спектров; -- по интенсивностям DIBs с использованием опубликованных калибровок, получены избыток цвета E(B-V)=0.74±0.06 mag и оценка межзвездного поглощения Av=2.4 mag; -- впервые в спектрах 2019, 2021, 2022 и 2023 гг обнаружены фотосферные абсорбциям ионов FeIII, NII, TiII и SII, что позволило получить средние значения Vr в интервале от −32.4 до −55.6 км/с с хорошей точностью (от 0.5 до 1.5 км/с) и дает основание для вывода о переменности положений абсорбций. В будущем необходимо определить параметры переменности и понять область формирования абсорбций, что также потребует накопления спектральных данных высокого разрешения. В целом можно говорить о стабильности кинематической картины в системе CI Cam в спящем состоянии, никаких драматических изменений на протяжении 20 лет мы не зафиксировали. При этом в спектрах CI Cam зарегистрирована систематическая переменность интенсивности эмиссий всех типов, что может быть проявлением неоднородности физических условий в оболочке звезды. Очевидно, что система CI Cam нуждается в продолжении высококачественных спектральных наблюдений и более глубоком изучении. Опубликовано: V.G. Klochkova, A.S. Miroshnichenko and V.E. Panchuk. Long-Term Optical Spectroscopy of B[e] Star CI Cam in a Quiet State. Astronomy Reports, Vol 68, (6) pp 583-594 (2024).

Публикации

1. Клочкова В.Г., Жуклевич Г.С., Панчук В.Е. On the kinematic state of the atmosphere within IRAS 07430+1115 system Modern astronomy: from the Early Universe to exoplanets and black holes, Proceedings of the VAK-2024 conference, Aug 25–31, 2024 — Moscow, RIOR, 2024, MODERN ASTRONOMY: FROM THE EARLY UNIVERSE TO EXOPLANETS AND BLACK HOLES Volume1 (год публикации - 2024)
10.26119/VAK2024.064

2. Клочкова В. Г., Мирошниченко А. С. , Панчук В. Е. Long-Term Optical Spectroscopy of B[e] Star CI Cam in a Quiet State. Astronomy Reports, Volume 68, Issue 6, pp. 583-594, Volume 68, Issue 6, pp. 583-594 (год публикации - 2024)
10.1134/S1063772924700501

3. Панчук В. Е., Клочкова В. Г., Юшкин М. В., Жуклевич Г. С. Развитие спектроскопии высокого разрешения на подвижной части БТА САО РАН Астрофизический Бюллетень , том 79, вып 1 (год публикации - 2025)

4. Панчук В., Клочкова В., Юшкин М., Жуклевич Г. Challenges of high-resolution spectroscopy in the Nasmyth focuses of the BTA. Modern astronomy: from the Early Universe to exoplanets and black holes, Proceedings of the VAK-2024 conference, Aug 25–31, 2024 — Moscow, RIOR, 2024 Vol.1 P.1087-103, MODERN ASTRONOMY: FROM THE EARLY UNIVERSE TO EXOPLANETS AND BLACK HOLES Vol 1 Proceedings of the VAK-2024 P.1087-1093 (год публикации - 2024)
10.26119/VAK2024.174 SAO

Возможность практического использования результатов
Метод формирования двумерного изображения спектра в спектрографе скрещенной дисперсии, с равномерным распределением спектральных порядков на площадке приемника излучения. Краткое описание метода. Достижение высокого спектрального разрешения с применением приемников высокой квантовой эффективности связано с использованием спектрографов со скрещенной дисперсией, использующих дифракционные решетки в высоких порядках дифракции. В таких спектрографах величина спектрального разрешения R пропорциональна номеру порядка n, а угловые размеры порядка обратно пропорциональны этому номеру. Это позволило построить схемы скрещенной дисперсии с применением высокочувствительных, но малоформатных (по приемной площади) светоприемников – электронно-оптических преобразователей, или ПЗС-матриц. Схема скрещенной дисперсии предложена из-за того, что угловые размеры порядков с большими n невелики и углы дифракции между соседними порядками n и n+1 близки, так что спектр, получаемый только на решетке в высоких порядках, представляет полосу перекрывающихся изображений. Для того, чтобы сохранить все эти изображения в отдельности, применяют либо призму, либо дифракционную решетку невысокой дисперсии, причем направления дисперсии этих элементов ортогональны дисперсии основного диспергирующего элемента, работающего в высоких порядках. Картины спектральных порядков, разведенных призмой или дифракционной решеткой, различны, так как закон изменения дисперсии с длиной волны у этих элементов различен. В результате диапазон применения спектрографов скрещенной дисперсии зависит от использования того или иного элемента, разводящего спектральные порядки. В последние годы в качестве элемента скрещенной дисперсии стали применять гризму – т.е. призму, на одну из плоскостей которой нанесена прозрачная дифракционная решетка с подобранными параметрами. Гризма рассчитывается под определенный диапазон длин волн и неоптимальна для использования в соседних диапазонах, где, по желанию исследователя, её могут использовать. Наше техническое решение, реализованное в схеме спектрографа (ESPriF) скрещенной дисперсии для первичного фокуса 6-метрового телескопа БТА, основано на раздельном применении дифракционной решетки и призмы, рабочие углы которых могут изменяться в определенных пределах. Картина получаемого спектра приведена на иллюстрациях по описанию ESPriF в отчете по проекту. Это решение позволило разместить спектрограф в кабине первичного фокуса БТА, обеспечив при этом вращение всей конструкции вокруг оси главного зеркала телескопа, что необходимо при различных видах наблюдений, включая спектрополяриметрические. Расстояния между соседними спектральными порядками стали более равномерными по кадру ПЗС-матрицы, что позволяет регистрировать на матрице умеренного формата (2048х2048 пикселей) спектральный диапазон протяженностью более 400 нм. Одним из преимуществ такой конструкции является её экономичность относительно конструкции с гризмой, другим – возможность варьировать материал призмы, тогда как изменение сорта стекла в гризме требует дополнительных экспериментов по изготовлению реплики дифракционной решетки из стекла этого же сорта.