Презентация на тему «Избранные проблемы звездных атмосфер»

9. Избранные проблемы звездных атмосфер: - химический состав Солнца; -

химическая эволюция Галактики; - стратификация редкоземельных элементов в атмосферах звезд.

Химический состав и модель Солнца

Модель Солнца, T(r), ?(r): ??выработка энергии в ядре, ? лучистый и конвективный перенос, непрозрачность зависит от содержания O, C, Ne, N, ... О: ~60% всех атомов с Z ? 3 ? уравнение состояния, ? гидростатическое равновесие Наблюдательная проверка: ??гелиосейсмология, c(r)? ???солнечные нейтрино

Строение Солнца (схематически)?

Строение

Модели солнечных колебаний

Масштаб колебаний сильно преувеличен.

Солнечная поверхность участвует одновременно в разных типах колебаний (до 100000 видов).

Результаты измерения скорости 5-мин

колебаний

Колебания вызываются звуковыми волнами, возникающими в турбулентной конвективной зоне Солнца в результате флуктуаций газового давления. Скорость: метры в секунду, изменение радиуса: до дес. км.

Анализ гелиосейсмологических данных дает распределение плотности и скорости звука вдоль радиуса (профили).

Красные области – движение от наблюдателя, синие – к наблюдателю.

Сравнение теории и наблюдений

-------------------------------------------------------------------- основание Не поток конв. зоны нейтрино Rcz/Ro Ysurf теория/набл. -------------------------------------------------------------------- Набл. 0.713±0.001 0.249±0.003 -------------------------------------------------------------------- BS05 Z = 0.0194 0.7138 0.243 0.99±0.02 (Anders& Grevesse, 1989)? Согласие - в пределах 1-2 ? ! --------------------------------------------------------------------

Глубина основания конвективной зоны и поверхностное содержание Не чувствительны к содержанию элементов тяжелее Не.

(Теория – наблюдения) для профилей скорости звука и плотности:

Bahcall et al. 2005, ApJ 621, L85

Ревизия содержания O на Солнце связана с уточнением моделирования

атмосферы и формирования линий, 3D+не-ЛТР

Солнце (O I, [O I], OH, Asplund et al. 2004): log O/H = -3.34±0.05 Znew = 0.0126 Согласуется с современным содержанием O в окрестностях Солнца: м/з среда: -3.39 ±0.06 (Meyer et al. 1998)? B звезды: -3.46 ±0.14 (Sofia & Meyer 2001)?

Содержание О трудно определить у Солнца и звезд поздних типов

И.-к триплет, отклонения от ЛТР: log O/H = -3.14 (3D+LTE), log O/H = -3.30 (3D+NLTE, Asplund et al. 2004)

Запрещенная линия – слабая, блендированная, log O/H = -3.32±0.15

Солнце, классический анализ log O/H = -3.07±0.07 (Anders & Grevesse 1989)

(3D, Caffau et al. 2008)?

3D

3D

Молекулярные линии ОН чувствительны к T(z)

Использование плоско-параллельных моделей атмосфер ведет к завышению содержания по молекулярным линиям, (HM74 – 3D) ~ 0.08 – 0.26 dex.

И.-к.: при переходах между вращательными уровнями

У.-ф.: при переходах между колебательными уровнями

HM74

(Asplund et al. 2004, A&A 417, 751)?

-3.35 до -3.25

~ -3.17

~ -3.13

3D

HM

Сравнение теории и наблюдений

основание Не поток конв. зоны нейтрино Rcz/Ro Ysurf теория/набл. -------------------------------------------------------------------- Набл. 0.713±0.001 0.249±0.003 -------------------------------------------------------------------- BS05 Z = 0.0194 0.7138 0.243 0.99±0.02 (Anders& Grevesse, 1989)? Согласие - в пределах 1-2 ? ! -------------------------------------------------------------------- BS05(AGS)? Z = 0.0126 0.7280 0.229 1.00±0.02 (Asplund et al., 2004)? Расхождение 15 – 20 ? --------------------------------------------------------------------

Профили скорости звука и плотности: теория и наблюдения

Bahcall et al. 2005, ApJ 621, L85

Как согласовать модель Солнца с данными гелиосейсмологии

Другие химические элементы?

? log C /H = -3.61?0.05 уменьшилось на 0.1 dex (C I, [C I], CH, C2 , Asplund et al. 2005, A&A 431, 693)? ? Ne - ? Фотосферный неон не наблюдаем. - Из соображений нуклеосинтеза: Ne/O = 0.15. - Измерения эмиссионной линии Ne IX 1248 A: log Ne/H = -3.89±0.12 (Landi et al. 2007, ApJ 659, 743)? Нужно log Ne/H = -3.71 ! Теория: Ne не может заменить О, не согласуются профили скорости звука.

Ошибки фотосферного содержания О больше, чем декларируются? 0.15 dex вместо 0.05 dex ? Моделирование атмосферы? Линий?

Пульсирующие Ар звезды, roAp (rapidly oscillating)

? переменность - фотометрическая (~10-3 mag)? - лучевых скоростей линий редкоземельных (РЗ) элементов

? Equ: амплитуды 25 – 800 м/с для линий разных элементов, P = 12.3 мин.

Стратификация редкоземельных элементов в атмосферах звезд

Усредненный спектр, (толстая линия)? Наблюдаемый – средний R = 165000 3.6-м телескоп ESO; CAT/CES

Fe I

Pr II

Nd III

? Медленное вращение,

equ, prot = 76 лет ? умеренное магнитное поле, ? equ, B = 4 kg

? для РЗЭ линии разных стадий ионизации дают разное содержание при классическом ЛТР анализе.

Что не так? - параметры звезды, Тэфф, log g, - ЛТР

? Equ: ?log ?(Nd III – Nd II) = 1.5 dex (ЛТР, Cowley & Bord 1998) 31 roAp звезда: Nd III – Nd II, = 1.5 – 2 dex Pr III – Pr II общее свойство ! (ЛТР, Ryabchikova et al. 2004)?

HD 24712: сравнение наблюдаемых и теоретических (ЛТР и не-ЛТР) эквивалентных ширин линий Pr II и Pr III

Теория

Pr II

Pr III

Наблюдения

- Неоднородное распределение элементов по высоте

Наблюдения: переменность Vr. Механизм: атомная диффузия. Давление излучения grad > g выметает РЗЭ наружу. Пример определения распределения Pr с глубиной в атмосфере HD 24712 с учетом неравновесного формирования линий Pr II и Pr III.

HD 24712

Распределение Pr (эмпирически).

Наблюдаемые и теоретические (ЛТР и не-ЛТР) эквивалентные ширины линий Pr II и Pr III.

Наблюдения

(Mashonkina et al. 2009)?

[Pr/H] = 5

[Pr/H] = 0

Химическая эволюция Галактики: проблема Li у звезд гало

Spite plateau (spite & spite 1982, nature, 297, 483)? для непроэволюционировавших очень старых звезд среднее: li/H = 1.66 ?10-10 (charbonnel & primas 2005, A&A 442, 961)?

Измерение анизотропии реликтового излучения, 2003, WMAP Соотношение барионов и фотонов во Вселенной: ? = 6.1 ? 10-10 WMAP+BBN: Li/H = (4.15 – 4.6) ? 10-10 первичное содержание Li.

Содержание Li в атмосферах самых старых звезд в 2.5 — 2.7 раза меньше,

чем первичное. Почему?

? Гравитация + лучистое давление ведут к разделению химических элементов (атомная диффузия). ? Турбулентное перемешивание препятствует разделению. Наблюдательная проверка эффективности атомной диффузии.

Шаровое скопление: - одинаковый начальный химсостав, - большая шкала времени (13 млрд. лет), - звезды на разных стадиях эволюции ГП: эффект будет наблюдаться, если он есть, КГ: начальный химсостав атмосферы восстанавливается

Диаграмма цвет — величина шарового скопления NGC 6397, [Fe/H] = -2.1

Идея Korn et al. 2006, Nature, 442, 657.

Если атомная диффузия работает, то содержание элементов у звезд ГП

меньше, чем у КГ.

Кроме Li! Он сгорает при Т > 2 млн. К.

? Наблюдения: эффект мал, но измерим! 17% (Са) — 62% (Mg), Важно! Точность определения звездных параметров и моделирования спектра! ? Теория: возраст 13.5 млрд. лет, [Fe/H] = -2.1, модель Т6.0 предсказывает гравитационное осаждение в согласии с наблюдениями.

Содержание элементов у звезд NGC 6397 и расчеты атомной диффузии при наличии турбулентного перемешивания (Korn et al. 2007, ApJ 671, 402).

Если теория верна для Mg, Ca, Ti, Fe, то нет оснований не верить

предсказаниям для Li:

Начальное содержание Li совпадает в пределах ошибок с первичным содержанием!

? Разрешение проблемы дефицита Li в ранней Галактике. ? Важность учета атомной диффузии при моделировании звезд и звездной эволюции. ?t (ГП) = -2 млрд. лет из-за гравитационного осаждения Не

модель Т6.0, возраст 13.5 млрд. лет на стадии ГП: ?log ?(Li) = -0.25 dex.

Начальное содержание в моделях

Содержание Li у звезд NGC 6397 (Korn et al. 2007, ApJ 671, 402)?