„Звезди с висока светимост в галактики извън Mестната група“
Фонд „Научни изследвания“
„Конкурс за проекти по програми за двустранно сътрудничество 2018 г.– България – Русия 2018-2019 г.“
грант KП-06-Pycия-09/27.09.2019 г.

Резюме на одобреното проектно предложение

Определянето на горната граница на звездната маса е един от основните проблеми на съвременната астрофизика. Той е актуален, защото звездите с висока светимост еволюират бързо, като крайните етапи от живота им могат да бъдат избухване на свръхнова, образуване на черна дупка или неутронна звезда или дори сливане на такива релативистки обекти, съпроводени с освобождаване на огромно количество енергия.

Еволюционният сценарий зависи преди всичко от началната маса на звездата. Съвременните модели на звездната еволюция предполагат, че началните маси на една звезда могат да достигнат до 1000 слънчеви маси, но досега са открити само звезди с 5 пъти по-малка маса. Въпросът за надеждността на теоретичните модели може да бъде решен само на базата на търсенето и изучаването на звезди с висока светимост. Такива звезди понастоящем се раждат в звездни групировки, разположени в галактическата равнина, където почервеняването от праховата компонента може да достигне десетки звездни величини. За да бъде търсенето на такива обекти по-всеобхватно и за да се избегне проблема с почервеняването, трябва да се излезе извън нашата галактика и да се търсят звезди с висока светимост в близки и дори в галактики извън Местната група.

Няколко масивни звезди са открити в най-близката спирална галактика M31 и в Големия Магеланов облак. Тъй като крайните етапи на еволюцията на една масивна звезда зависят главно от нейната начална металичност, търсенето на масивни звезди с ниска металичност, за които теорията предвижда много големи маси, трябва да се извършва в сравнително неголеми галактики с активно звездно образуване и ниска металичност. Има много такива галактики извън Местната група. В предложения проект си поставяме за задача да открием нови масивни звезди в тези външни галактики, което ще даде възможност да се определят техните основни параметри и да се проверят съществуващите теоретични модели за тяхната еволюцията. Проектът ще използва критериите за търсене, които вече сме тествали за редица близки галактики, състоящи се в сравняване на съществуващи архивни изображения на няколко телескопа: HST, 6м БТА и 2м НАО Рожен, заснемане в H-алфа филтри и последващи спектрални наблюдения.

На последния етап ще бъдат определени физическите параметри на откритите звезди, ще бъдат моделирани техните атмосфери и ветрове, като се вземат предвид значителните отклонения от локалното термодинамично равновесия, нееднородността на вятъра и бланкетирането (CMFGEN). Тъй като руските и българските астрономи търсят и изучават звезди с висока светимост, сътрудничеството на научните екипи в един съвместен проект ще позволи да се атакува по-успешно този научен проблем. При това ще вземат под внимание както интересите, так и реалните възможности на всеки от участващите екипи.

Научни екипи по проекта

Екип от България:

1. доц. д-р Петко Недялков, р-л на проекта, СУ
2. доц. д-р Евгени Овчаров, СУ
3. доц. д-р Антония Вълчева, СУ
4. доц. д-р Любомир Илиев, ИА БАН
5. доц. д-р Кирил Стоянов, ИА БАН
6. гл. ас. д-р Благовест Петров, ИА БАН
7. асист. Андон Костов, ИА БАН
8. асист. Милен Минев, СУ
9. докт. Стефан Георгиев, ИА БАН
10. физ. Нина Колева СУ

Екип от държавата партньор Русия:

1. проф. дфмн Николай Тихонов, р-л на проекта, САО РАН
2. проф. Сергей Фабрика, САО РАН
3. д-р Олга Шолухова, САО РАН
4. д-р Олга Галазутдинова, САО РАН
5. Акрадий Саркисян, САО РАН
6. д-р Александър Винокуров, Санктпетербургски ДУ/САО РАН
7. д-р Кирил Атапин, Астрономически институт Щернберг, Московски ДУ
8. Александър Костенков, Санктпетербургски ДУ/САО РАН
9. Альона Диканьова, Казански федерален университет/САО РАН
10. д-р Юлия Соловьова, САО РАН

Текущо състояние на изследванията по проекта

Вместо първоначално планираните в проекта 100 галактики е проведена звездна фотометрия за 320 спирални и неправилни галактики по HST изображения и са изучени ХР–диаграмите на тези галактики. Хипергиганти са открити в 57 галактики, от 1 – 25 звезди/галактика. За да се провери природата на звездите-кандидати, с 2м телескоп на НАО Рожен са получени изображения на 35 галактики във филтъра H-alpha, които са използвани за изявяване на млади емисионни звезди и е съставен списък със звезди за по-нататъшни спектрални наблюдения. За търсене на променливост в блясъка се провежда мониторинг с 2м RCC  и 50/70см Шмит телескопи на НАО Рожен на онези галактики, където са намерени кандидати за масивни звезди.

Основната цел през първата година на проекта е да се състави списък със звезди за по-нататъшни спектрални и фотометрични наблюдения. Кандидатите за масивни звездите са избрани сред най-ярките звезди на получените ХР–диаграми след звездна фотометрия на галактики с изображения от космическия телескоп Хъбъл (HST). Допълнителни наблюдения на обектите, открити на HST, са извършени с наземни телескопи от България и Русия.

При търсенето на масивни звезди е използван Каталога на най-близките галактики (Karachentsev et al., 2004), съдържащ 451 галактики с различна светимост и металичност. Фотометрията и търсенето на най-ярки звезди в галактиките се фокусира върху изображения, които са направени с космически телескоп Хъбъл наскоро (ID 12546, 12659, 12999, 13364, 13442, 13750, 15082, 15243, 15654 и др.).

Едновременно  с фотометричната работа руските колеги извършиха наблюдения на 6-метровия телескоп BTA и получиха спектрите на идентифицираните кандидати за масивни звезди. Например, в галактиките NGC6946, NGC628 и IC342 са получени спектрите на 20, 8 и 5 обекта и са намерени 5 кандидати за масивни звезди: 2, 1 и 2 съответно. Спектрален материал за обекта WR в галактиката NGC6946 е предоставен за моделиране от български астрономи. За сравнение на физическите параметри на масивни звезди и техните модели на атмосфери в галактики с различна металичност са проведени изследвания на LBV звезди въз основа на дългосрочните резултати наблюдения с 6-метровия телескоп BTA и 2-метровия телескоп на НАО Рожен обсерваторията. Изследвани са фотометрични и спектрални характеристики на масивни звезди в Галактиката, а също в галактиките M31, NGC253, NGC4736 и NGC4449 като температури, болометрични светимости, звездни радиуси и междузвездно поглъщане. Получените резултати са приложени за оценка на масите на звездите и определяне на техния еволюционен статус.

Съвместни публикации по темата на проекта:

1.Tikhonov N.A., Galazutdinova O.A., Sholukhova O.N., Valcheva A., Nedialkov P.L., Merkulova O.A. Search for the brightest stars in galaxies outside the Local Group Research in A&A, arXiv2011.03324

2. Sholukhova O.N., Fabrika S.N., Sarkisyan A. N., Valcheva A., Nedialkov P. MONITORING OF LUMINOUS BLUE VARIABLES CANDIDATES IN M31 Azerbaycan AJ, 15, 189, 2020

3. Sarkisyan A., Sholukhova O., Fabrika S., Bizyaev D., Valeev A., Vinokurov A., Solovyeva Y., Kostenkov A., Malanushenko V., Nedialkov P. Luminous blue variable candidates in M31 MNRAS, 497, 687, 2020

4. Nedialkov P., Nikolay T., Galazutdinova O., Valcheva A. Photometric search for high luminosity stars in the Local volume with medium-size telescopes in Proceedings of the All-Russian Conference „Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century“, eds. I. I. Romanyuk, I. A. Yakunin, A. F. Valeev, D. O. Kudryavtsev, Nizhny Arkhyz, Russia, September 21–25, 2020, pp. 148 – 152

5. Tikhonov N. & Nedialkov P AGB stars as an indicator of long-past bursts of star formation in galaxies, in Proceedings of the All-Russian Conference „Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century“, eds. I. I. Romanyuk, I. A. Yakunin, A. F. Valeev, D. O. Kudryavtsev, Nizhny Arkhyz, Russia, September 21–25, 2020, pp. 280 – 283