Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://jet.sao.ru/hq/dissovet/Avtorev/avt_Abolmasov.pdf Дата изменения: Thu Nov 8 14:51:00 2012 Дата индексирования: Sun Feb 3 00:23:02 2013 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: ультрафиолетовое излучение

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

На правах рукописи УДК SPRFQEIPIXSPRFQSRCQPQCRXSPRFU

АБОЛМАСОВ Павел Константинович УЛЬТРАЯРКИЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ ИСТОЧНИКИ И ИХ ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ

@HIF HQF HP ! астрофизикаD радиоастрономияA

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико!математических наук

Нижний Архыз ! PHHV


Работа выполнена в Специальной Астрофизической Обсерватории Российской Академии НаукF

Научный руководительX доктор физикоEматематических наук СF НF ФАБРИКА Официальные оппонентыX доктор физикоEматематических наук ЮF НF ГНЕДИН кандидат физикоEматематических наук ГF МF БЕСКИН Ведущая организацияX Государственный Астрономический институт имF ПFКF ШтернбергаD Москва

Защита состоится 4 PP 4 октября PHHV гF в W часов на заседании Диссертационного совета Д HHPFPHQFHI при СпециE альной Астрофизической Обсерватории РАН по адресуX QTWITUD КЧРD Зеленчукский районD посF Нижний АрхызF

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке САО РАНF

Автореферат разослан 4

4 сентября PHHV гF

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат физFEматF наук

МАЙОРОВА ЕFКF


3

Актуальность проблемы
На сегодняшний день природа ультраярких рентгеновских исE точников @ультрамощныхD ultrluminous Ery souresD vA в галактиках является одной из нерешенных проблем астрофизиE киF С одной стороныD эти объекты уверенно выделяются среE ди популяции рентгеновских двойных @имеющих меньшие свеE тимостиD ограниченные эддингтоновским пределомA и ярких в рентгене сверхновых и остатков сверхновыхD от которых ульE траяркие рентгеновские источники отличаются переменностью на разных временных масштабах @вплоть до минут и секундD смF gsell et lF @PHHVAA и жестким спектром с мощной степенE ной компонентой и избытком на десятых долях кэВ @oertsD PHHUAF С другой стороныD наблюдательные проявления объектов в рентгеновском диапазоне не позволяют сделать окончательE ных выводов относительно природы этих объектовF Наиболее популярными моделямиD объясняющими свойства ультраярких рентгеновских источниковD являются тесные двойные системы с черными дырами сравнительно больших @промежуточныхD M 100 ч 104 M A масс @golert 8 willerD PHHSA и сверхкритиE ческая аккреция в сочетании с эффектами геометрической колE лимации излучения @utzD IWVTY prik 8 wesherykovD PHHIY outnen et lFD PHHUAF Свойства объектов в рентгеновском диапазоне примерно одиE наково хорошо объясняются широким спектром моделей аккреE цирующих черных дыр разных масс с разными темпами аккреE цииF ПоEвидимому @подробнее смF главы Q и S настоящей дисE сертацииAD требуется информация о свойствах объектов в оптиE ческом и ультрафиолетовом диапазонахF Экстремальный ультрафиолетовый диапазонD который можE но изучать косвенно с использованием небулярной спектроскоE пииD особенно важенD так как многие ультраяркие рентгеновE ские источники связаны с яркими туманностями высокого возE буждения @uret et lFD PHHRY uuntz et lFD PHHSAF Другая немаE ловажная деталь ! существование вокруг многих объектов обоE лочечных туманностей @kull 8 wirioniD PHHQAD свидетельствуE ющее в пользу некоторого источника энергии @которым моE жет быть единичный взрыв гиперновой или постоянная ветE


4

роваяGструйная активность объектаAD динамически возмущаюE щего межзвездную средуF Таким образомD темаD сама по себе достаточно популярнаяD напрямую связана с такими фундаментальными проблемами как физика черных дырD процессы аккреции на компактные объектыD эволюция массивных звездD гипотетическое существоE вание популяции черных дыр промежуточных массF ПоследниеD в свою очередьD являются возможными остатками звезд sss наE селения @wdu 8 eesD PHHIAD играющих важную роль в пониE мании эволюции ВселеннойF Сами ультраяркие рентгеновские источники остаются объекE тами непонятной природыF Яркие туманностиD связанные с этиE ми объектамиD определенно позволяют глубже понять их свойE ства и сделать выбор между существующими моделями этих объектовF В настоящей работе рассматривается спектральный материалD позволяющий глубоко исследовать свойства туманE ностейD связанных с vD и порождающего их звездного насеE ленияF Используются принципиально новые для этих объектов методы исследованияD такие как панорамная спектроскопия и фотоионизационное моделированиеF Этим безусловно обеспечиE вается актуальность работыF Цели и задачи исследованияX IF спектральное и спектрофотометрическое исследование выE борки ярких туманностейD связанных с ультраяркими рентE геновскими источниками PF фотоионизационное моделирование отдельных туманноE стейD предположительно возбуждаемых ультрафиолетоE вым источником QF исследование звездного населенияD связанного со скоплениE ямиD содержащими ультраяркие рентгеновские источники RF исследование кинематической структуры оболочек ультраE ярких рентгеновских источников с помощью панорамной спектроскопии высокого разрешения


5

SF теоретическое исследование структуры канала сверхкритиE ческого аккреционного диска Научная новизна IF впервые показаноD что v могут возникать в очень молоE дом @4 ч 5 миллионов летA звездном населении PF показаноD что в областях звездообразованияD связанных с ультраяркими рентгеновскими источникамиD может быть выделен избыток в эмиссионных линияхD который можно отнести на счет механической или ультрафиолетовой свеE тимости источника QF впервые показаноD что внутренние части оболочечных туE манностей ультраярких рентгеновских источников харакE теризуются небулярными спектрами высокого возбуждеE ния RF посредством панорамной спектроскопии высокого разреE шения @orpio в режиме сканирующего интерферометра ФабриEПероA туманность wrWGIHGII разделена на области с разными источниками возбужденияD оценена скорость расширения оболочки wrWGIH SF показаноD что в туманностях v wpIT и wrIID а такE же rssEобластиD связанной с ross EID существуют облаE стиD возбуждаемые ЭУФ излучением центрального источE никаD необходимое число фотоионизующих квантов S 1050 эрг с-1 TF получено решение для диффузионного переноса излучения в ветре сверхкритического аккреционного дискаD предскаE зывающее распределение энергии в спектрах vD соглаE сующееся с данными рентгеновской спектроскопии и оценE ками темпов производства ионизующих квантов для фотоE ионизованных туманностей v UF показаноD что диапазон наблюдательных свойств туманноE стей ультраярких рентгеновских источников может быть объяснен в рамках единой модели эволюции объекта типа


6

RQQ в межзвездной среде в течение времени около милE лиона лет Научная и практическая значимость работы В работе приводится уникальный для данного класса объекE тов спектрофотометрический материалF Полученные светимоE сти в линиях могут быть использованы для отработки и проE верки различных гипотез относительно природы ультраярких рентгеновских источниковF Автор предлагает спектральную моE дельD которая может использоваться для аппроксимации рентE геновских и ультрафиолетовых спектров и расчета свойств туE манностей ультраярких рентгеновских источниковF ПолученE ные выводы могут иметь приложение в дальнейшем исследоваE нии свойств vD физики процессов аккреции и межзвездной средыF Основные положенияD выносимые на защиту IF результаты спектрофотометрии V туманностейD связанных с ультраяркими рентгеновскими источникамиY вывод о наE личии двух источников энергииD возбуждающих туманE ностьD ! излучения центрального источника и ударных волнY PF глубокий анализ наблюдательных свойств туманности wpITD связанной с xqgTWRT vIY вывод о высоких свеE тимостях ультраярких рентгеновских источников в ультраE фиолетовом диапазонеY QF анализ звездного населения скопленияD связанного с xqgUQQI EIY оценка параметров звездного населения и вывод о наличии избытка в эмиссионных линияхD связанE ного с ультраярким рентгеновским источникомY RF исследование кинематики комплекса туманностей wrWGIHGIID связанного с ros EID по данным наблюдений со сканирующим интерферометром ФабриEПероY


7

SF расчет распределения энергии в спектре канала сверхкриE тического аккреционного дискаY сравнение с наблюдательE ными данными по vF Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работахX IF eolmsovD FD prikD FD holukhovD yF 8 efnsievD F petrosopy of optil ounterprts of ultrluminous E ry soures PHHUD estrophysil fulletinD TPD QTESIY stroE phGHTIPUTS PF eolmsovD F uFD wrtzD hF eFD prikD FD qhoshD u jl uFD holukhovD yF 8 ennntD ellyn pF yptil petrosopy of the invironment of v in xqg UQQI PHHUD eptD TTVD IPREIPWY stroEphGHUHUFPHWW QF eolmsovD FD prikD FD holukhovD yF 8 uotniD F yptil petrosopy of the vEessoited xeul wpIT PHHVD rivXHVHWFHRHW @PR pgesA RF eolmsovD FD prikD F 8 holukhovD yF PHHTD in iene erspetives for Qh petrosopyD iy estrophysis ymposi iuropen outhern yservtoryD olume F sfx WUVEQESRHEUQRWHEIF pringerEerlg ferlin reidelergD PHHUD pF QPUEQQQ @stroEphGHTHPQTWA SF eolmsovD F 8 woiseevD eFD uinemtis of the xeulr gomplex wrWGIHGII essoited with ros EI PHHVD evwexeeD RRD QHIEQHWY stroEphGHVHTFRSPU TF Фабрика СF НFD Аболмасов ПF КFD Карпов СF ВFD Шолухова ОF НF и Гош КF КF Ультраяркие рентгеновские источники в галактиках микроквазары или черные дыры промежуточE ных масс PHHTD Успехи Физических НаукD IUTD QQWEQRR UF eolmsovD FD urpovD F 8 uotniD F truture nd yservtionl roperties of uperritil eretion hiss with yptillyEhik yut)ows PHHVD rivXHVHWFHWIU @QH pgesA VF eolmsov F ltrluminous Ery oures nd heir xeule PHHVD epted for pulition in proeedings of


8

gool hissD rot plowsX he rying pes of ereting gompt y jetsD onferene held in pun? sdlenD PQEPW wrh PHHVD edF wF exelssonY stroEphGHVHVFHVWV @T pgesA Личный вклад автора Автор участвовал в большей части наблюденийF Вся обработкаD за исключением данных ИФПD производилась авторомF Автор также существенно доработал и переработал системы редукции wp и orpioD созданных ВF ЛF Афанасьевым и АF ВF МоиE сеевымF Пакет wp дорабатывался совместно с АF ВF ШипуE линымF Пакет автоматической обработки длиннощелевых спекE тров ore D написанный в соавторстве с ОF ВF Марьевой @также использующего процедурыD написанные ВF ЛF Афанасьевым и АF ВF МоисеевымAD сейчас используется как в лаборатории ФиE зики Звезд САО РАНD так и за ее пределамиF ФотоионизационE ное моделирование и интерпретация результатовD а также разE работка модели канала сверхкритического аккреционного диска в диффузионном приближенииD расчет рентгеновских спектров v и сравнение с наблюдательными данными wwExewton принадлежат авторуF Апробация результатов Все основные результаты опубликованыF Результаты работы были апробированы на трех конкурсахEконференциях САО @PHHTEPHHVD причем на конкурс PHHV года представлено две рабоE тыAD на международных конференциях в Гархинге @ГерманияY октябрь PHHSA и Фунесдалене @ШвецияY март PHHVAD а также на Генеральной Ассамблее МАС в PHHT годуF Делались доклады на астрофизическом семинаре САОD на семинарах в универсиE тете Оулу @ФинляндияAD Токийском Технологическом институте @okyoehAD институте suix @ТокиоA и университете КиотоF

Содержание работы
Диссертация состоит из Введения и TEти главD содержит QR риE сункаD W таблицF Список цитируемой литературы включает IWT


9

наименованийF Общий объем диссертации ! ITR страницыF Во Введении обсуждается актуальность работыD цели и заE дачи исследованияD научная новизнаD формулируются основные результатыD выносимые на защитуD приводится список работD в которых опубликованы результаты диссертацииF В первой главе описывается использованный спектральный материал низкого разрешения @данные wp и orpio в реE жиме длиннощелевой спектроскопииAD методыD использованные при обработкеD и основные результатыD полученные для восьE ми туманностей северного полушарияF Приводятся интегральE ные потоки и светимости в линияхD оценки поглощения и фиE зических условий по диагностическим линиямF РассматриваетE ся распределение объектов на ионизационных диаграммахF РасE сматривается вопрос об источниках возбуждения и ионизации туманностей ультраярких рентгеновских источников @vAF В рамках обзора получен ряд новых результатовX зарегистрироваE ны узкие линии re ssRTVT в центральных частях оболочечных туманностейD показана связь объекта wSI EU со скоплением из каталога vrsen @PHHIAF Делаются выводы относительно приE роды туманностейD которые условно можно разделить на rssE области высокого возбуждения и оболочкиF Делается вывод о наличии в общем случае двух источников ионизации и возбужE денияX фотоионизации и ударных волнF Вторая глава посвящена исследованию звездного населенияD связанного с vD в первую очередь анализу и моделированию спектра скопления и rssEобласти WVD связанной с xqgUQQI E IF Использовались спектры звездного населенияD рассчитанные с помощью программы популяционного синтеза trurstWW и фотоионизационное моделирование с помощью gloudyF ОценеE ны возраст @4 ч 4.5 миллиона летA и масса @ 105 M A скопE ленияF ПоказаноD что металличность скопления близка к солE нечнойF rssEобласть демонстрирует избыток в линиях низкоE го возбужденияD который только частично может быть объясE нен остатками сверхновых или общей сверхоболочкой скоплеE нияF Избыток в линиях низкого возбуждения интерпретируется как следствие дополнительного возмущения межзвездной среE дыD вызываемого vF


10

Раздел PFP посвящен другому характерному примеру ! скопE лению nSIWREVQWD отождествленному с v wSI EUF Свойства звездного населения сложно объяснить единичной вспышкой звездообразованияD скорее всегоD в окрестности источника суE ществуют звезды с возрастами от 10 до сотен миллионов летF Третья глава посвящена исследованию туманности wpITD для которой получены глубокие спектры @отождествлено боE лее тридцати эмиссионных линийD отношение сигналEшум более сотни для нескольких ярчайших линийAF Дискутируется вопрос об источниках энергииD показаноD что основной вклад должE на давать фотоионизацияF Ударные волны требуются для объE яснения морфологии туманности и ярких линий pe sssF ДеE лается вывод о недостаточности наблюдаемого рентгеновскоE го источника для объяснения наблюдательных свойств туманE ностиF Проводится фотоионизационное моделирование с помоE щью gloudyF Восстановлено распределение энергии в спектре v в труднодоступном для прямых наблюдений экстремальE ном ультрафиолетовом @ЭУФA диапазонеF Обсуждается вопрос о возможности наблюдения объектов в ультрафиолетовом диаE пазонеF В разделе QFS фотоионизационное моделирование проводится для другой туманностиD имеющей черты rssEобласти высокого возбуждения и связанной с ross EIF ПоказаноD что и в этом слуE чае можно сделать вывод относительно существования яркого экстремального ультрафиолетового источникаD светимость коE торогоD впрочемD приблизительно на порядок меньшеD чем треE буемая светимость xqgTWRT vEI в том же диапазонеF ПоE казаноD что свойства оптических туманностей v не позволяE ют сделать существенных выводов относительно их реальных рентгеновских светимостей ! основную роль играет светимость в экстремальном ульрафиолетеD рентгеновская светимость моE жет отличаться от изотропного значения на одинEдва порядкаF В то же времяD высокие ЭУФ светимости согласуются с наблюE даемыми спектрами туманностейF Глава четвертая посвящена кинематическому исследованию небулярного комплекса wrWGIHGII при помощи сканирующего интерферометра ФабриEПероF Измерена скорость расширения


11

оболочки wrWGIH @от 30 до 70 км с-1 D расширение анизотропE ноAF ПоказаноD что туманность wrII динамически не возмуE щена и возбуждаетсяD поEвидимомуD жестким экстремальным ультрафиолетовым G мягким рентгеновским источникомD иониE зующим очень разреженную межзвездную среду @концентрация 0.2 см-3 AF При помощи фотоионизационного моделирования оценены параметры источникаD делается вывод о возможной высокой @приблизительно солнечнойA металличности ионизуеE мого газаF На примере wrWGIHGII показаноD что ультраяркие рентгеE новские источники являются как источниками фотоионизуюE щего излученияD так и динамического возмущения межзвездной средыF Оба источника энергии одного порядкаD 1039 эрг с-1 F Динамический возраст для wrWGIH порядка миллиона летF В разделе RFSFP обсуждаются возможности наблюдения оболочек ультраярких рентгеновских источников в рентгеновском диапаE зонеF В пятой главе автор представляет модель канала сверхкриE тического аккреционного дискаD успешно примененную для анаE лиза рентгеновских спектров ультраярких источниковF ПоказаE ноD что различие в темпах аккреции и прочих параметрах течеE ния будет проявляться в первую очередь в ультрафиолетовом и экстремальном ультрафиолетовом диапазонахD в то время как в рентгеновском диапазоне спектр близок к спектру адвекциE онного слимEдиска @ermowiz et lFD IWVHY wineshige et lFD IWWRA и вполне подходит для описания спектровF Важную роль играет эффект самопрогрева дискаD за счет которого наблюдаеE мый поток возрастает в несколько разD а температура ! примерE но на PHEQH7F Наблюдательные данные неплохо объясняютсяD если считатьD что канал внутри прозрачен ! в нем отсутствуE ет внутренняя фотосфера @дно каналаAF Согласие лучшеD если предположитьD что существуют процессыD повышающие энерE гию чернотельных фотонов в PчQ разаD что близко к аналогичE ной величинеD наблюдаемой в спектрах рентгеновских двойныхF В рамках рассматриваемой модели делается ряд предсказаE нийX высокая экстремальная ультрафиолетовая светимость объE ектовD наличие мощного ветра с мощностью 1039 эрг с-1 D коллимация рентгеновского излученияF Коллимация излучения


12

позволяет предсказать класс туманностейD видимо не связанных с феноменом ультраяркого источникаD связанных со сверхкриE тическими аккреторамиD наблюдаемыми на больших наклонеE нияхF В шестой главе свойства туманностей v объясняются в рамках единой модели эволюции источника и возмущенной им межзвездной средыF ПоказаноD что на начальной стадии наE блюдается фотоионизованная rssEобласть высокого возбуждеE нияD на поздних стадиях основной вклад дает излучение раE диативной оболочкиD выдутой ветром и струямиF Морфология оболочки зависит от плотности межзвездной средыF ПоказаноD что крупнейшие оболочки v имеют динамические возраста порядка миллиона летD что дает представление о времени сущеE ствования vF Приводятся независимые аргументы @распреE деление оболочек на диаграмме размер ! скорость расширенияA в пользу тогоD что оболочки v возникают вследствие непреE рывной активности центральных источниковD а не в результате единовременных катастрофических выбросов вещества и энерE гии @модель гиперновойAF В заключении сформулированы основные результаты дисE сертацииF

Список литературы
ermowizD wF eFD glvniD wF 8 xoiliD vF IWVHD eptD PRPD UUPE UVV fegelmnD wF gF PHHPD eptD STVD vWU flirD F F 8 pesenD F eF IWWR eptvD RPRD IHQ gsellD FD ontiD qFD trunoD eFD felloniD FD winiuttiD qF 8 mpieriD vF PHHVD wxeD QVUD IUHUEIUII golertD iF tF wF 8 willerD iF gFD PHHSD in he enth wrel qrossmnn weeting idsFX w? rio xovelloY ntigo erez fergli'Y emo u0niF pFSQHY stroEphGHRHPTUU


13

prikD F uperritil disk nd jets of RQQ PHHRD eD volF IP prikD FD wesherykov eF PHHIF snX qlxies nd their gonstituents t the righest engulr esolutionD se ympF xPHSD edF FF hilizziD pF PTV uretD FD rdD wF tFD 8 ezsD eF PHHRD wxeD QSID VQ utzD tF IWVTD gomments estrophysFD IID PHI uuntzD uF hFD qruendlD F eF 8 ghuD FErF et lF PHHS eptD TPHD QI vrsenD F F PHHID in ixtrglti tr glustersD se ymposium PHUD edF hF qeislerD iF uF qreel 8 hF winniti @estronomil oiety of the i(D n prnisoAD RPI wduD F 8 eesD wF tF PHHID eptvD SSID PU wineshigeD FD rirnoD eFD uitmotoD FD mdD F 8 pukueD tF IWWRD eptD RPTD QHV kullD wFF 8 wirioniD vF PHHQD in indsD fulesD nd ixplosionsX onferene to honor tohn hysonD evwexee @erie de gonferenisA ISD IWUD edF tF erthur 8 F tF renney outnenD tFD vipunovD qFD prikD FD futkevihD eF 8 eolmsovD F PHHUD wxeD QUUD IIVU mseyD gF tFD illimsD F wFD qruendlD F eFD ghenD gFErF FD ghuD FErF 8 ngD F hF PHHTD eptD TRID PRI oertsD F F PHHUD eptD QIID PHQ




Бесплатно

Павел Константинович Аболмасов Ультраяркие рентгеновские источники и их оптические проявления

ЗакF ITRс УчF издF лF ! IFH Тираж IHH Специальная астрофизическая обсерватория РАН