Обсерватория «Миллиметрон»: Исследование звёздных вспышек А.В.Степанов (ГАО РАН) Мини-симпозиум. АКЦ ФИАН, Пущино 10 апреля 2013 г. - презентация

1 Обсерватория «Миллиметрон»: Исследование звёздных вспышек А.В.Степанов (ГАО РАН) Мини-симпозиум. АКЦ ФИАН, Пущино 10 апреля 2013 г.

2 Спектры излучения звёзд в миллиметровом и суб-миллиметровом диапазоне Радиокарты звёзд Межзвёздные вспышки QPOs – диагностика атмосфер звёзд

3 Спектры излучения звёзд в миллиметровом и суб- миллиметровом диапазоне - Гетеродинный спектрометр высокого разрешения (R~10^6): ТГц. - Диапазоны интерферометра: 18-26, 31-45, , , , ГГц (сответствую Альме). Важны для определения механизмов излучения (тепловой- нетепловой, когерентный-некогерентный?). Временное разрешение 1 c. Механизм излучения - диагностика параметров вспышечной плазмы. Чувствительность аппаратуры ~ мЯн достаточна. В 80-е годы под руководством Р.Е.Гершберга проводились кампаний по изучению природы вспышек на звёздах поздних спектральных классов. Привлекались радиотелескопы УТР-2, РТ-22 КрАО и оптические инструменты в Крыму, Греции, Сицилии. При этом чувствительность оказалась недостаточно высокой. Тонкая спектрально-временная структура вспахивающих звёзд была зарегистрирована на радиотелескопе Аресибо, но в диапазоне ГГц. Миллиметровый телескоп BIMA в США, к сожалению, также не внёс заметного вклада в физику Солнца и звёзд.

4 Pulsing radio emission from stellar flares AD Leo (Bastian et al ApJ 1990) The Sun (McLean & Sheridan Solar Phys 1973)

5 Osten & Bastian (ApJ 2006) 305 m Arecibo telescope GHz, Wideband Arecibo Pulsar Processor Time resolution 10 ms Sub-burst duration t 30 ms d = t× c 10 9 cm Peak flux 200 mJy, T b > K – coherent plasma radiation mechanism AD Leo, April 9, 2005 Arecibo telescope AD Leo June 13, 2003 Arecibo telescope,

6 Железняков, Зайцев, Злотник (2011): Двойной плазменный резонанс реализуется вдали от пульсара, где ω p >> ω c. Hankins & Eilek ApJ (2007) Arecibo, GHz, 0.4 ns time resolution Zebra-pattern in interpulses (IP)

7 The Sun: loop foot points. Hot plasma injection from photosphere to corona (Haisheng Ji et al. ApJ 2012)

8 Corona of Algol (Lestrade et al 1988) Magnetic fields around UV Ceti (Kellet et al 2002) Artist impressions of stellar coronae

9 Радиокарты звёзд - I

10 Радиокарты звёзд - II UV Ceti B Feb 4,1996 (Benz et al.1988) VLBA/VLA at 3.6 cm. White circle ~ 0.8 milliarcsec

11 ApJ 2002

12 Области интенсивного энерговыделения и ускорения частиц между компонентами V773 Tau A (Massi et al, 2006) Вспышки между компонентами («межзвёздные»)

13 Mechanisms of interstellar flares Magnetic field lines reconnection Two-loop interaction of electric currents Current dissipation in interstellar filament Haisch et al. (1992): Interstellar flares in RS CVn binaries: the filament located near the midpoint of the region between stars can play an important role in the flare energy release. Van den Oord (1988): total energy stored in such current-carrying filament is sufficient for the larges flares in RS CVn and Algol systems. Ipatov, Stepanov (1997): Current dissipation in partially-ionized filament gives powerful energy release 1 Ohm, at I = 3×10 12 A, W = RI W = erg/s enough for interpretation flares in RS CVn and Algol. UX Ari, HR 1099, HR 5110, Algol, and YY Gem – good targets

14 Радиокарты звёзд - III РСДБ-наблюдения в диапазоне мм-субмм чрезвычайно важны, поскольку позволят впервые исследовать структуру и параметры звёздных корон. РСДБ-Миллиметрон будет обладать несомненным преимуществом перед АЛМА в разрешающей способности, т.е. регистрировать более тонкие детали корональных структур и межзвёздных вспышек. В последнем случае перспективными представляются наблюдения двойных систем UX Ari, V773 Tau, HR 1099, HR 5110, Algol и YY Gem.

15 Ускорение частиц и нагрев звёздных атмосфер Cоотношение между светимостью звёздных вспышек в мягком рентгеновском и радиодиапазонах: lgL X lgL R свидетельствует о генетической связи процессов нагрева плазмы корон и ускорения частиц на звездах (Guedel & Benz 1993). Cуществуют ли подобные корреляции в других диапазонах (рентген-мм-инфракр.)? Наблюдения Миллиметрона в режиме РСДБ позволит понять и природу ускорителя заряженных частиц в звёздных системах.

16 Данные о 150 рентгеновских петлях на звёздах поздних спектральных классов:значения n,T,L (Mullan et al ApJ 2006)

17 EV Lac: Pulsations in optical (U,B) flare Zhilyaev et al (Astron. Astrophys. 2000) – simultaneous observations at the Terskol peak (Northern Caucasus), Stephanion (Greece), Crimean Observatory, and Belogradchik (Bulgaria) Flare of Sep.11,1998: Pulse period P = 13 s, Quality Q = 50, Modulation depth Δ = 0.2 Bremsstrahlung from loop foot points. Modulation of particle fluxes by sausage oscillations of a loop. β = 0.2

18 YZ CMi flare, Feb (Zhilyaev et al 2010) Terskol (U-band) Sausage mode of a flaring loop. T 3 ×10 7 K, n 2 ×10 10 cm -3, B 150 G

19 Спайк-всплески UV Ceti с t с (МАНИЯ, U-band) Г.Бескин и др. (2011) Мощный ускорительный процесс на звёздах : электроны с γ 300 синхротрон (?)

20 Magnetic loops in accretion disc coronae Galeev,Rosner,Vaiana (ApJ 1979) J.Kuijpers (Lect. Not. Phys. 1995) ?

21 Радионаблюдения звёзд на крупных наземных инструментах (VLA, Arecibo, Effelsberg) проводятся эпизодически на частотах 6 ГГц. Диапазон мм-субмм длин волн остаётся незаполненной нишей в исследовании активных звёзд. В то же время в физике Солнца уже проводятся наблюдения в суб-терагерцовом диапазоне (Kaufmann et al 2009) и созданы телескопы диапазона 3 и 7 ТГц для наблюдений активного Солнца на баллонах в Антарктиде. SOLAR-T DOUBLE THz PHOTOMETERS DESIGN

22 On GRIPS mission SSL, U California, Berkeley 2012 (engineering flight, USA) 2013 (long duration flight in Antarctica) Planned: long duration balloon flight Lebedev Physical Institute, Moscow, Russia McMurdo STRATOSPHERIC BALLOON MISSIONS TO CARRY SOLAR-T SOLAR PHOTOMETERS

23 Наблюдения Миллиметрона как в режиме одиночного зеркала, так и в системе РСДБ «Космос-Земля» позволят получить уникальную информацию о спектрах излучения звезд, структуре и параметрах звёздных корон, тем самым создать прорыв в понимании природы активности звёзд поздних спектральных классов. В этой связи полезно привлечение солнечно- звёздных аналогий.