Цефеиды и переменные типа RR Лиры Л.Н.Бердников, А.К.Дамбис ГАИШ МГУ «Современная звёздная астрономия» 16 июня 2011 г. ГАИШ МГУ

Цефеиды и лириды - ульсирующие переменные, а каждый вид таких переменных встречается только в практически «одномерной» область в пространстве параметров звезд – полосе нестабильности

Для данного класса пульсирующих переменных многие их физические характеристики с хорошей точностью определяются единственным параметром – периодом пульсации P Зависимость период-светимость (P- L) Зависимость период-светимость (P- L) Зависимость период-цвет (P-C) (период-температура) Зависимость период-цвет (P-C) (период-температура) Зависимость период-радиус (P-R) Зависимость период-радиус (P-R) Зависимость период-масса (P-M) Зависимость период-масса (P-M) Зависимость период-возраст (P-t) Зависимость период-возраст (P-t)

Фотметрические наблюдения пульсирующих звезд – источник всесторонней информации об этих объектах По кривой блеска определяется период Po масса M, светимость L (и абсолютная величина, напр. Mv), истинные цвета (напр., (B-V)o), радиус R, возраст t, металличность. По кривой блеска определяется период Po масса M, светимость L (и абсолютная величина, напр. Mv), истинные цвета (напр., (B-V)o), радиус R, возраст t, металличность. Одновременно определяются средние видимые цвета (напр., (B-V), (V-Ic) и т.д.) и видимые зв. величины Одновременно определяются средние видимые цвета (напр., (B-V), (V-Ic) и т.д.) и видимые зв. величины Межзвездное поглощение: Av = Rv ((B-V)-(B-V)o) Межзвездное поглощение: Av = Rv ((B-V)-(B-V)o) Расстояние: 5 lg D (пк) – 5 = (V – Mv – Av) Расстояние: 5 lg D (пк) – 5 = (V – Mv – Av) Для кинематических исследований дополнительно нужны: Собственные движения Собственные движения Лучевые скорости Лучевые скорости

Виды пульсирующих переменных

Цефеиды Сверхгиганты F6-K2 Сверхгиганты F6-K2 Масса 4-20 M Масса 4-20 M Возраст до 100 Myr встречаются только в системах с текущим звездообразованием (рассеянные скопления, диски спиральных галактик и неправильные галактики) Возраст до 100 Myr встречаются только в системах с текущим звездообразованием (рассеянные скопления, диски спиральных галактик и неправильные галактики) Светимость L Светимость L Хорошо выделяются по периоду (1-135 сут) и форме кривой блеска Хорошо выделяются по периоду (1-135 сут) и форме кривой блеска Наблюдаются до ~10 Мпк, один из основных индикаторов внегалактических расстояний Наблюдаются до ~10 Мпк, один из основных индикаторов внегалактических расстояний DCEPDCEPS

Цефеиды: зависимость период-светимость M = a + b lg Po (БМО, Ngeow et al. 2009) (На самом деле светимость зависит также и от металличности: M = a + b lg Po + c [Fe/H]) lg Po Vo Io W Jo Ho Ko

(средний ИК диапазон) lg Po 3.6мкм 4.5мкм 5.8мкм 8.5мкм

Переменные типа RR Лиры Гиганты A-F Гиганты A-F Масса ~0.5 M Масса ~0.5 M Возраст > 10 Gyr встречаются в системах со старым населением (шаровые скопления, эллиптические галактики, гало спиральных галактик, неправильные галактики) Возраст > 10 Gyr встречаются в системах со старым населением (шаровые скопления, эллиптические галактики, гало спиральных галактик, неправильные галактики) Светимость L Светимость L Хорошо выделяются по периоду ( сут) и форме кривой блеска Хорошо выделяются по периоду ( сут) и форме кривой блеска Наблюдаются до ~2 Мпк Наблюдаются до ~2 Мпк Soszynski et al. (2002)

Эффект Блажко (иллюстрация D. Welch на основе данных проекта MACHO, Alcock et al. 2000)D. Welch MACHO

Лириды – практически одинаковая абсолюная величина Mv при данном химсоставе (лириды в М3, Hartman et al. 2005)

Лириды как индикаторы расстояния Зависимость металличность-светимость Mv = a + b [Fe/H] Лириды в БМО (Gratton et al., 2004)

Зависимость период – ИК светимость Mk = a + b lg Po (173 лирид в шаровых скоплениях Галактики (Фролов, Самусь, 1998)) (На самом деле светимость в произвольной фотометрической полосе зависит и от периода и от металличности: M = a + b lg Po + c [Fe/H])

Массовые фотометрические (фотоэлектрические и ПЗС) наблюдения классических цефеид в ГАИШ Начиная с 1981 года, на 0.41 м телескопах Майданакской обсерватории, (Узбекистан), обсерваторий Серро-Тололо, Лас Кампанас и Лос Армазонес (Чили), Южно-Африканской астрономической обсерватории (ЮАР) и Обсерватории Маунт Стромло и Сайдинг Спрингс (Австралия) получено около фотоэлектреческих и около ПЗС измерений блеска примерно 800 цефеид, почти 450 цефеид наблюдались в полосах BV(RI)c впервые ( Л.Н.Бердников при участии О.В.Возяковой, В.Игнатовой, Д.Тернера). Создана база данных о цефеидах, содержащая как оригинальные, так и вообще все опубликованные измерения блеска цефеид. База данных содержит около фотоэлектрических и ПЗС измерений блеска и около точных измерений лучевых скоростей цефеид (из них ~10500 получено сотрудниками ГАИШ и ИНАСАН (Горыня и др. (1992, 1996, 1998, 2002)). Источники дополнительных данных: Собственные движения: Hipparcos Металличности: Andrievsky et al. (2002abc, 2004, 2005), Berdnikov et al. (2011)

Цефеида, пульсирующая в первом обертоне

Бимодальные цефеиды

Распределение цефеид в Галактике

Изменяемость периодов цефеид

Изменяемость периодов цефеид (эволюционный эффект)

Кривая лучевых скоростей TT Aql

Цефеиды: зависимость период-светимость в полосе К по цефеидам в рассеянных скоплениях (Бердников и др. 1996) = – log P s.e. ~ 0.05 m

Цефеиды: шкала фотометрических расстояний Исходная зависимость период-светимость: = – log P ± 0.05 m (Бердников, Возякова, Дамбис, 1996) Поправка: D[ист.] = k* Do Метод статистических параллаксов: k=1.18 ± 0.06 (ΔMk=-0.36 ± 0.11) Тригонометрические параллаксы Hipparcos: k=1.09 ± 0.04 (ΔMk=-0.19 ± 0.07) Средняя: k=1.12 ± 0.03 (ΔMk =-0.25 ± 0.06) Оценка расстояния до БМО: (m-M) 0 (БМО) = ± 0.08 D = 50 ± 2 kpc

Цефеиды: кинематика (215 звезд) U 0 = -8.5 ± 1.0 км/с;σU = 13.0 ± 0.8 км/с U 0 = -8.5 ± 1.0 км/с;σU = 13.0 ± 0.8 км/с V 0 =-12.2± 0.9 км/с;σV = 9.3 ± 0.6 км/с V 0 =-12.2± 0.9 км/с;σV = 9.3 ± 0.6 км/с W 0 = -7.1 ± 0.9 км/с;σW = 8.9 ± 0.9 км/с W 0 = -7.1 ± 0.9 км/с;σW = 8.9 ± 0.9 км/с A = 15.7 ± 0.7 км/с/кпк A = 15.7 ± 0.7 км/с/кпк B = 12.8 ± 0.7 км/с/кпк B = 12.8 ± 0.7 км/с/кпк 0 = 27.5 ± 0.8 км/с/кпк 0 = 27.5 ± 0.8 км/с/кпк 0 = ± 0.13 км/с/кпк 3 0 = ± 0.13 км/с/кпк 3

Цефеиды: кривая вращения Галактики Ro=8 кпк

Цефеиды: отклонения от кругового движения, спиральная структура Цефеиды: отклонения от кругового движения, спиральная структура = 1.9 ± 0.5 кпк f R = 6.4 ± 1.2 км/с, φ R = 80° ± 10° f θ = 2.4 ± 1.2 км/с, φ θ = 49° ± 29° (Мельник и др., 1999)

Массовые фотометрические (фотоэлектрические и ПЗС) наблюдения переменных типа RR Лиры в ГАИШ Начиная с 2000 года, на 0.41 м телескопах Майданакской обсерватории, (Узбекистан), обсерваторий Серро-Тололо, Лас Кампанас и Лос Армазонес (Чили), Южно-Африканской астрономической обсерватории (ЮАР) и Обсерватрии Маунт Стромло и Сайдинг Спрингс (Австралия) получено 1089 фотоэлектрических (О.В.Возякова) и около ПЗС измерений блеска (30000 фреймов) (Л.Н.Бердников) для 110 лирид. Начиная с 2000 года, на 0.41 м телескопах Майданакской обсерватории, (Узбекистан), обсерваторий Серро-Тололо, Лас Кампанас и Лос Армазонес (Чили), Южно-Африканской астрономической обсерватории (ЮАР) и Обсерватрии Маунт Стромло и Сайдинг Спрингс (Австралия) получено 1089 фотоэлектрических (О.В.Возякова) и около ПЗС измерений блеска (30000 фреймов) (Л.Н.Бердников) для 110 лирид. >10 лирид показали эффект Блажко и у >10 он заподозрен Из ОКПЗ были специально взяты 14 звезд, обозначенных как лириды, но без указания элементов блеска : 3 в Eri (CL Eri, CM Eri и CN Eri), 5 в Aps и 6 в Pav. SW Aps, TT Aps и GI Pav оказались слишком красными, а найденный период TT Aps – слишком коротким (это скорее звезда типа SX Phe). CM Eri – скорее всего звезда типа W Vir. Источники дополнительных данных: Собственные движения: Hipparcos, Tycho-2, UCAC-2 Металличности, лучевые скорости: Beers et al. (2000)

Лириды с эффектом Блажко (CW) Эффект Блажко

Лириды: шкала фотометрических расстояний Исходные зависимости металличность- светимость и период-светимость: = [Fe/H] (Carney et al. 1992) = [Fe/H] (Carney et al. 1992) = – 2.33 log P F (Jones et al. 1992) = – 2.33 log P F (Jones et al. 1992) ошибка ~0.05 m ошибка ~0.05 m Поправка: D[ист.] = k Do Метод статистических параллаксов: k=0.97 ± 0.04 (ΔMk=+0.06 ± 0.08) (Первое применение метода – Павловская (1953)) Тригонометрические параллаксы Hipparcos: k=1.32 ± 0.19 (ΔMk=-0.60 ± 0.27) Средняя: k=0.98 ± 0.04 (ΔMk =+0.03 ± 0.08) Оценка расстояния до БМО: (m-M) 0 (БМО) = ± 0.08 D = 45.7 ± 1.7кпк Галактический центр: Rg = 7.7 ± 0.4 кпк

Лириды: кинематика. Гало и толстый диск Vo=210 km/s

Лириды: кинематика. Гало и толстый диск Гало (доля звезд 0.75 ± 0.03) : U 0 = -12 ± 10 км/с; σV R = 167 ± 9 км/с U 0 = -12 ± 10 км/с; σV R = 167 ± 9 км/с V 0 =-217 ± 9 км/с; σVφ = 86 ± 6 км/с V 0 =-217 ± 9 км/с; σVφ = 86 ± 6 км/с W 0 = -6 ± 6 км/с; σV θ = 78 ± 5 км/с W 0 = -6 ± 6 км/с; σV θ = 78 ± 5 км/с Толстый диск (доля звезд 0.25 ± 0.03) : U 0 = -15 ± 7 км/с; σV R = 55 ± 6 км/с U 0 = -15 ± 7 км/с; σV R = 55 ± 6 км/с V 0 = -45 ± 7 км/с; σVφ = 44 ± 6 км/с V 0 = -45 ± 7 км/с; σVφ = 44 ± 6 км/с W 0 = -25 ± 5 км/с; σV θ = 30 ± 4 км/с W 0 = -25 ± 5 км/с; σV θ = 30 ± 4 км/с

Оценки постоянной Хаббла (DM БМО = ± 0.05) Метод Ho (км/с/кпк) Местный Хаббловский поток 79 ± 5 SN Ia 73 ± 2 ± 6 Зависимость Талли- Фишера 74 ± 3 ± 7 Фундаментальная плоскость 85 ± 6 ± 10 Флуктуации поверхностной яркости 73 ± 5 ± 6

Выводы: Фотометрия цефеид – однородные phe и ПЗС данные уже имеются для большинства известных цефеид Галактики - дает почти полную информацию об этих звездах (светимость, расстояние, возраст, характер эволюции (номер пересечения ПН), цвет, поглощение, металличность (пока практически не используется)) Фотометрия цефеид – однородные phe и ПЗС данные уже имеются для большинства известных цефеид Галактики - дает почти полную информацию об этих звездах (светимость, расстояние, возраст, характер эволюции (номер пересечения ПН), цвет, поглощение, металличность (пока практически не используется)) … кроме PM, VR, подробного химсостава … кроме PM, VR, подробного химсостава Фотометрия лирид – phe и ПЗС данные имеются только для ~10% известных лирид поля Галактики (всего их около ~7000) - дает почти полную информацию об этих звездах (светимость, расстояние, цвет, поглощение, металличность). Информация активно используется, но данные сильно неоднородны. Фотометрия лирид – phe и ПЗС данные имеются только для ~10% известных лирид поля Галактики (всего их около ~7000) - дает почти полную информацию об этих звездах (светимость, расстояние, цвет, поглощение, металличность). Информация активно используется, но данные сильно неоднородны. … кроме PM, VR, подробного химсостава … кроме PM, VR, подробного химсостава

Фотометрические металличости лирид Фотометрические металличости лирид [Fe/H] = P ϕ 31 ±0.14 ( ϕ 31 = ϕ 3 3 ϕ 1) Wu et al. (2006)

Фотометрические металличности цефеид

Многоцветная фотометрия лирид Галактики (известно ~7000) – в первую очередь звезд со спектроскопическими данными (~400) для получения кривых блеска в однородной системе и уточнения кинематических и структурных параметров популяции. Многоцветная фотометрия лирид Галактики (известно ~7000) – в первую очередь звезд со спектроскопическими данными (~400) для получения кривых блеска в однородной системе и уточнения кинематических и структурных параметров популяции. Уточнение калибровки [Fe/H] лирид по параметрам кривых блеска, массовое определение однородных фотометрических металличностей лирид, уточнение шкалы расстояний. Исследование поля металличностей лирид гало и толстого диска. Уточнение калибровки [Fe/H] лирид по параметрам кривых блеска, массовое определение однородных фотометрических металличностей лирид, уточнение шкалы расстояний. Исследование поля металличностей лирид гало и толстого диска. Построение фотометрической калибровки [Fe/H] цефеид по параметрам кривых блеска, массовое определение однородных фотометрических металличностей цефеид, уточнение шкалы расстояний. Исследование поля металличностей цефеид. Построение фотометрической калибровки [Fe/H] цефеид по параметрам кривых блеска, массовое определение однородных фотометрических металличностей цефеид, уточнение шкалы расстояний. Исследование поля металличностей цефеид.

Спасибо!