Использованные наблюдения

1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГЛЕБЕДЯ Х-1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.Карицкая Е.А.,Бочкарев Н.Г., Шиманский В.В., Сахибуллин Н.А., Тарасов А.Е., Агафонов М.И., Шарова О.И., Бондарь А.В., Мусаев Ф.А., Галазутдинов Г.А.

2. В течение 33 наблюдательных ночей 2002-2004 гг. получено 75 эшелле-спектров на пике Терскол и в BOAO (Южная Корея) с разрешением R=45000, 30000 и 13000, а также 20 спектров в КрАО в 1997 г. Наблюдения проводились в как во время "мягкого" так и "жесткого" состояний рентгеновского спектра Лебедя Х-1. Прослежены изменения профилей линий с орбитальной фазой. Обсуждено влияние рентгеновского излучения (данные RXTE/ASM) на профили спектральных линий. Рентгеновская вспышка 13.06.2003 привела к резкому изменению эмиссионных профилей H alpha и HeII 4686A в течение ночи. Мы связываем это с изменением ионизации газа в системе. Проведено сравнение наблюдаемых и теоретических профилей линий, рассчитанных с учетом не-ЛТР эффектов для HI, HeI, MgII. Учитывалось приливное искажение формы звезды и облучение ее рентгеновским потоком от релятивистского компонента. Используя спектры 2002-04 гг. нами получены пределы на основные характеристики оптического компонента T {eff} = 30400+/-500 K, log g = 3.31+/- 0.07 и химический состав. Он указывает на металличность, типичную для молодых звезд ([M/H] =0.34 dex). На химсостав оказала влияние переработка вещества в результате реакций CNO цикла, проходивших на стадии главной последовательности ([N/C] = [N/O] = 0.7 dex), а также при горении легких элементов ([Ne/H] = [Si/H] = 0.7 dex). С помощью усовершенствованного метода были построены доплеровские томограммы Лебедя Х-1 по профилям линии HeII 4686A. Это позволило дать ограничение на отношение масс черной дыры и сверхгиганта 1/4 <Mx /Mo < 1/3. По фотометрической и спектральной переменности была найдена переменность параметров сверхгиганта (оптического компонента Лебедя Х-1) на шкале времени в десятки лет. Использовались 35-летний фотометрический ряд В.М.Лютого и спектры 1997 и 2003-2004 гг. Сопоставление расчетов фотометрической переменности и профилей линии HeI 4713A с наблюдениями показало, что с 1997 по 2003-2004 годы радиус звезды вырос на 1-4%, а температура уменьшилась на 1300 - 2400 K.}

3. Использованные наблюдения • Пик Терскол 2-м телескоп эшелле-спектрограф фокус Кудэ R = 45000 3700 - 10300 Å фокус Кассегрена R = 13000 3800 – 7600 Å За 28 ночи 2002 - 2004 получено 68 спектров • BOAO Observatory (Южная Корея) 1.84-м телескоп фиберный спектрограф R = 44000, 30000 3800 – 10000 Å За 5 ночей 7 спектров

4. . горячаялиния . Расстояние d = 2 – 2.5 кпк (>1.8 кпк)

5. Спектры показывают: • линии поглощения сверхгиганта: • HI, HeI, HeII, • бленда CNO l4640Å, • многочисленные линии тяжелых элементов (C, N, O, Ne, Mg, Al, Si, S, Zn…), • сильные эмиссионные компоненты в линиях Hαи HeII l4686Å со сложными профилями. Последовательность профилей линии Hα c орбитальным периодом, полученных в июне 2003 г X-ray “soft” X-ray “hard” 2002 г X-ray “soft” 2002 г

6. Последовательность профилей линий HeII 4686 Å и HeI 4713Åc орбитальным периодом X-ray “hard” июнь 2004 г X-ray “soft” июнь 2003 г HeII 4686 Å HeI 4713 Å F=0.05 • На рис. показана последовательность фрагментовоптических спектров CygX-1 с орбитальной фазой. Доплеровское смещение линиипоглощения HeI 4713Åотражает орбитальное движение оптического компонента -сверхгиганта. Переменность профилей линии HeII 4686 Ǻнесет информацию о газовыхпотоках в системе, о влиянии на них переменности рентгеновского излучения. F=0.86 F=0.69 F=0.52 F=0.33 F=0.15 X-ray “hard” 2002 г X-ray “soft” 2002 г

7. Рентгеновская вспышка 13 июня 2003 г. За 3.7 часа (интервал между экспозициями) рентгеновский поток F(1.2- 12 кэВ) по данным RXTE/ASM возрос в 1.7 раза. Изменение профилей линий: F=0.79 F=0.79 F=0.76 F=0.76

8. Сравнение профилей линии HeII l4686Å, полученных в 2003 (“soft”) и 2004 (“hard”) гг. F=0.03 HeI 4714Å HeII 4686Å 2004 F=0.70 2003

9. Методика моделирования спектров Cyg X-1 3) Два типа распределения внешнего излучения – “soft” “hard”(A.Zdziarski,M. Gierlinski,(Prog.Theor.Phys.Suppl.No.155,2004) • Программныйкомплекс SPECTR (Сахибуллин, Шиманский, 1997) 1) Модели облучаемых атмосфер в приближении баланса функций нагрева и охлаждения (Иванова и др., 2002). 2) Эквипотенциальная форма звезды, близкой к заполнению полости Роша (Шиманский, 2002). 4) Синтетический спектр с учетом 580000 линий (Шиманский и др., 2003). 5) Прямой расчет не-ЛТР эффектов для HI, HeI, MgII, SiIV с учетом облучения (Иванова и др., 2004).

10. Полученные результаты: • Формирование хромосферы с избытком температуры до 5000К происходит только в мягком состоянии Cyg X-1. • Наличие рентгеновского излу-чения любого типа практически не влияет на профили линий HI, HeI, MgII, CII и т.п.

11. Корректное описание линий HI, HeI при параметрах O-звезды: • Teff = 30400 +/- 500K, • log g =3.31 +/- 0.07, • [He/H] = 0.43+/-0.06, • Эмиссионные компоненты типа P Cyg в профилях линий HeI λλ4387, 4471, 4713, 4921, 5876 Å-горячий ветер, истекающий с поверхности O-звезды на глубинах logτ < -2.0.

12. Определение химсостава • В спектральном диапазоне 3960-5880 A нами отождествлено (помимо 4 H линий and HeII 4686A со сложным профилем) 130 линий поглощения and 7 блендионов: HeI, HeII, CII, CIII, CIV, NII, NIII, OII, OIII, NeII, MgII, AlIII, SiIII, SiIV, SIII, FeIII, ZnIII. • 112 из 130 линийиспользовалось для определениясодержания элементов по отношению к H: 15 He линий, 9 C линий, 36 N линий, 31 O линия, 3 Ne линии, 1 Mg линия, 1 Al линия, 9 Si линий, 3 S линии, 1 Fe линия, and 3 Zn линии.

13. Содержание элементов Cyg X-1

14. Содержание He, Mg и, частично, Si оценивалосьс учетом отклонений отЛТР. Точность оценки 0.1 dex. • Содержание Mg полученолишь на основе одной линии MgII 4481A. Из-за присутствия слабой неотождествленной эмиссиив длинноволновом крыле этой линии поглощенияоценка получается неопределенной - в пределах 0.4 – 0.6 dex. • Содержание других элементовопределено в рамкахЛТР. Как правило, использованиене-ЛТРуменьшает оценку по сравнению сЛТР расчетами. Поэтому скорее всего полученные таким образом величины переоценены.

15. Сопоставление с alpha Cam Сyg X-1 • Sp O 9.5I, V=4.3 mag, • Teff = 30800 K, • log g = 3.20 Дифференциальный анализ содержаний исключает ошибки сил осцилляторов, и расчетов модельных спектров. Подверждаются избытки содержания He, N, Ne, Si, Mg(?), S, Zn, т.е. аномалия химсостава Cyg X-1. Разность содержаний

16. Дискуссия по химсоставу Cyg X-1 1) Содержания Al, Fe, Zn согласуются друг с другом и соответствуют металличности [Fe/H] ≈ 0.35 dex, типичной для молодых звезд диска Галактики. Среднее содержание CNO тоже соответствует металличности [<CNO>/H] = 0.33. Принимая во внимание неопределенность оценкисодержания для Mg и S, можно предположить, что она не противоречитполученной металличности. Т.о.,металличность Cyg X-1 соответствуетпопуляции наиболее молодых звезд Галактического диска (для них обычно предполагается [Fe/H] = 0.3 dex). 2)Индивидуальныеотносительные содержания CNO элементовуказывают на прошедшие реакции CNO-цикла ([N/C] = [N/O] = 0.7 dex). 3) Избыток содержания [He/H] = 0.42 dex мог образоваться в результате синтеза в слоевом источнике и/или при перетекании вещества соседней компоненты до релятивистской стадии. 4) Избытки содержаниянеона [Ne/H] = 0.7 dex и кремния [Si/H] = 0.7 dex указывают на влияние альфа – процесса. Из-за неотождествленной эмиссии, типичной для О-сверхгигантов, частично заливающей линию Mg, его содержание [Mg/H] скорее всего 0.6 dex.

17. Вариации содержания «металлов» в МЗС в окрестностях Солнца (Ковтюх и др., доклад 18 июня 2007) по цефеидам Alpha Cam d=2.1kpc l=144° Cyg X-1 d=2.5kpc l=74°

18. Возможные источники «загрязнения» атмосферы оптического компонента Лебедя Х-1 • перемешивание материи внутри сверхгиганта, вызванное, например,приливным взаимодействием. • аккреция вещества с соседнего компонента либо на стадии общей оболочки, либо при взрыве SN.

19. Выводы по химсоставу • Химический состав сверхгиганта Cyg X-1 аномален. Видны проявления ядерной переработки вещества как CNO –, так и альфа – процессами. • Найденные особенности химического состава оптического компонента Cyg X-1 могут служить индикатором пути эволюции этой системы.

20. Построениедоплеровской томограммы Cyg X-1 • Томографическая карта - распределение спектральной интенсивности излучения в пространстве скоростей, строится по профилям спектральной линии. • Применялся метод, разработанный на основе радиоастрономического подхода (РП) . • (Agafonov, 2004, v.325, No.3, p.259-262 and p.263 , Astronomische Nachrichten) • Реконструкция с помощью деконволюцииg(x,y)=h(x,y)*f(x,y)+noise в пространстве изображений • с введением синтетического луча(функции Грина) - h(x,y) • и удалением искажений (вызванных боковыми лепестками синтетического луча) на изображении (после обратного проецирования) - g(x,y)с помощью алгоритма ЧИСТКИ

21. Преимущество использованного метода: • значительно улучшается качество по сравнению с методом обратных фильтрованных проекций. • появляется возможность реконструкции в случае малого количества профилей, которые могут быть нерегулярно распределены по орбитальным фазам. Использовалось:9 профилей линий HeII 4686A, полученныхв июне 2003 г (“soft” состояние) и 6 профилей, полученных в июне 2004 г (“hard” состояние) в последовательные орбитальные фазы .

22. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ КАРТА Cyg X-1в спектральной линии He II 4686 A«мягкое» состояние рентгеновского спектраИзображение системы в пространстве скоростей Полости Роша +400 Звезда μ=1.0 Звезда μ=0.95 0 Vy, км/с -600 -400 +400 -400 0 +400 0 Vx, км/с Аккреционный диск Rd = 0.2 a Rd = 0.25 a q = 1/4 q = 1/3 Отношение масс q = Mx/Mo Сопоставление с параметрами системы

23. Сопоставление с параметрами системы ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ КАРТА Cyg X-1в спектральной линии He II4686 A«жесткое» состояние рентгеновского спектра Звезда μ=0.95 Полости Роша • Верхняя часть синих изолиний (поглощение)соответствует задней части сверхгиганта и должна находиться внутри полости Роша. • Это дает верхнее ограничение на • q = Mx/Mo=1/3. • С другой стороны звезда должна почти заполнять полость Роша. • Это дает нижнее ограничение на • q = Mx/Mo=1/4. • Овалы соответствуют радиусам диска rd = 0.2 и 0.25 в единицах • расстояния между компонентами. • Излучение (красные изолинии) может образовываться: • во внешних частях аккреционного диска, нагретых сверхгигантом; • в "горячей линии" (Кузнецов и др., 2001); • и/или в горячей струе (сфокусированном звездном ветре). q = 1/4 -800 0 +800 Vx, км/с

24. Переменность сверхгиганта в системе Cyg X-1 Фотометрическая переменность сверхгиганта в системе Cyg X-1. 35-летний ряд наблюдений В.М.Лютого, полученный в Крымской лаборатории ГАИШпоказал переменность сверхгиганта на временной шкале в 10-ки лет. Цветовые изменения соответствуют изменениям температурыи изменению спектрального класса от O9.7Iab (1973) до O9 Iab (1995).

25. Корреляция уменьшения блеска в U с увеличением рентгеновской активности(по ASM/RXTE) !!!

26. Спектральные наблюдения в КрАО в 1997г выполнены на 2.6 м телескопев фокусе Кудэ, использоваласьдифракционая решеткаR=35000,4655-4722A областьHeII4686A15июн-16авг 1997г.Получено 20 спектров Проведено сравнение со спектрами, полученными на обсерватории Терскол и в BOAO (Южная Корея) в 2003-2004 гг. Усреднение спектров проводилось по 19 ночам.

27. Сопоставление профилей линииHeI 4713А 1997 г.и 2004 г. Профиль линии в 1997 г оказался другим – мельче, чем в 2004 г. Приведен один из примеров не-ЛТР расчетов для 1997 г. Logg =3.32 не согласуется с фотометрическими изменениями – требуется совместный анализ фотометрической и спектральной переменности.

28. Разница в средних уровнях между1997 и 2004 гг по фотометрическим наблюдениям В.М.Лютого: • deltaU 0.065±0.003 зв.вел. • deltaB 0.031±0.003 зв.вел. • deltaV 0.029±0.003 зв.вел. Одновременное сопоставление модельных расчетов фотометрической переменности и профилей линии HeI 4713A (не-ЛТР) с наблюдениями показало, что в 1997гTeff = 31300—32300K, log g =3.33--3.36 в 2004г Teff = 30400+/-500K, log g = 3.31+/-0.07. с 1997 по 2003-2004 годы: • радиус звезды вырос на 1-4 %, • температура уменьшилась на 1300-2400K. • болометрическая светимость уменьшилась на 14-24%. Увеличение рентгеновской активности связано с изменениями параметров сверхгиганта.

29. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ КАРТА Cyg X-1 в 1997гв спектральной линии He II 4686 A«жесткое» состояние рентгеновского спектра В 1997г. по сравнению с 2003-2004гг.: эмиссионная область увеличена в пространстве скоростей; увеличена интенсивность излучения; область поглощения (сверхгигант) осталась примерно прежней