Катедра Астрономия

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

Кратко обобщение на постигнатите резултати в проекта

За 150 спирални и неправилни галактики е получена зависимост между светимостта на родителската галактика и светимостта на най-ярките звездите в тях (Tikhonov et al. 2021, Astroph.Bull., 76, 381). Тази зависимост може да се използва за измерване на разстоянията до маломасивни галактики. Установено е, че галактиките джуджета нямат звезди с висока светимост, сравними по светимост с техните аналози в масивните галактики, въпреки че теорията предвижда раждането на свръхмасивни звезди в галактиките с по-малка маса.

Търсене на масивни звезди е проведено вместо за планираните 100, за 320 галактики с различна светимост и металичност от каталога на Karachentsev et al.( 2004 AJ, 127, 2031), за които са налични изображения поне в две фотометрични ивици от архива на космически телескоп Хъбъл (HST). За тях е определена точната стойност на разстоянието по хомогенен начин (метода на TRGB), като за някои галактики това е направено за първи път.

В 57 от галактиките са открити кандидати за звезди с висока светимост, от 1 – 25 звезди/галактика, като за проверка на тяхната природа са проведени Hα наблюдения с 2m телескоп на НАО Рожен за изявяване на емисионните им особености и е съставен списък със звезди за последващи фотометрични и спектрални наблюдения.

За търсене на променливост на кандидатите за звезди с висока светимост е получен архив от наблюдения с два от телескопите на НАО Рожен за 41 галактики, равняващ се на общо 208,1 часа наблюдателно време. Сериите от наблюдателни данни за заподозрените кандидати за масивни звезди с висока светимост с излишък на Hα-емисия включват от 1 до 10 епохи, при средно 5 наблюдателни епохи/галактика. Методиката за търсене на кандидати е описана в публикацията Tikhonov et al. (2021, Research in A&A, 21, 98) и апробирана за галактиката NGC6946 от Nedialkov et al. (2020, in Proceedings of the All-Russian Conference „Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century“, 147).

По оригинални наблюдения с 2м телескоп на НАО Рожен са получени наблюдателни редове за четири спектрално потвърдени за първи път звезди с висока светимост, 2 от които в галактиката IC342 (Valcheva et al., 2022; доклад на 11-та Международна конференция на Balkan Physical Union) и още 2 – в NGC6946 (Nedialkov et al. 2022; доклад на конференцията “Wheel of star formation”).

Определени са физически параметри на CI Cam – масивната звездa B[e] звезда от Млечния път. С привличане на данни от ешелния спектрограф на НАО Рожен е открита бърза променливост на линията He II 4686 Å, която се формира в материал, разположен около вторичен компонент с ниска светимост, намиращ се на елиптична орбита с ексцентрицитет от 0,43 – 0,49. Откритите радиалните пулсации на B[e] звездата в първи обертон позволяват да се определи спектралният ѝ клас като B0 – B2 III и масата в интервала 12 – 22 слънчеви маси. Резултатите са представени в доклад на XIII-та Българо-сръбска Астрономическа конференция, (Miroshnichenko et al., 2022) и оформени като представителна обзорна статия, дадена за печат (Барсукова и др., 2022).

Публикации и доклади по темата на проекта:

1. Tikhonov, N.; Galazutdinova,O.; Sholukhova,O. ; Valcheva, A.; Nedialkov, P.; Merkulova, O., Searching for the brightest stars in galaxies outside the Local Group, Research in Astronomy and Astrophysics, 2021, Volume 21, Issue 4

2. Tikhonov, N. A. ; Galazutdinova, O. A. ; Karataeva, G. M. ; Sholukhova, O. N. ; Valcheva, A. ; Ivanov, V. D. ; Nedialkov, P. L. , The Brightest Stars of Irregular and Low-Mass Spiral Galaxies, Astrophysical Bulletin, 2021, Volume 76, Issue 4, p.381-388

3. Е. А. Барсукова,А. Н. Буренков,В. П. Горанский,C. В. Жариков, Л. Илиев, Н. Мансет, Н. В. Метлова, А. С. Мирошниченко, А. В. Моисеева,.П. Л. Недялков, Е. А. Семенко, К. Стоянов, И. А. Якунин, B[e]-ЗВЕЗДА CI ЖИРАФА В ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ, 2022, Astrophysical Bulletin, submitted

4. Nedialkov, P. ; Tikhonov, N. ; Galazutdinova, O. ; Valcheva, A., Photometric Search for High Luminosity Stars in the Local Volume with Medium-Size Telescopes, Proceedings of the All-Russian Conference „Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century“, held 21-25 September, 2020 in Nizhny Arkhyz, Russia. Edited by I. I. Romanyuk, I. A. Yakunin, A. F. Valeev, D. O. Kudryavtsev, 2020, p. 147-152

5. Tikhonov, N. ; Nedialkov, P., AGB Stars as an Indicator of Long-Past Bursts of Star Formation in Galaxies, Proceedings of the All-Russian Conference „Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century“, held 21-25 September, 2020 in Nizhny Arkhyz, Russia. Edited by I. I. Romanyuk, I. A. Yakunin, A. F. Valeev, D. O. Kudryavtsev, 2020, p. 280-283

6. Valcheva, A. Tikhonov, N. ; Galazutdinova, O. ; Sholukhova, O. ; Nedialkov, P., Variability of massive stars in IC342 galaxy, oral talk in 11th International Conference of the Balkan Physical Union 28 August – 1 September 2022, Session Classification: S02 Astronomy and Astrophysics, Belgrade, Serbia

7. Nedialkov P., Tikhonov N., Galazutdinova, O., Sholukhova O., Vinokurov A., Solovyova Yu., Valcheva, A., Long-term optical monitoring of two massive stars in NGC6946 galaxy, oral talk in “Wheel of star formation”, a conference dedicated to Jan Palouš, Session: Characteristics of stars and supernovae 12th – 16th September 2022, Prague, Czech Republic

8. Miroshnichenko A.S., Barsukova E.A., Goranskij V.P., Burenkov A.N., Zharikov S.V., Iliev L., Manset N., Metlova N.V., Moiseeva A.V., Nedialkov P., Semenko E.A., Stoyanov K.A., Yakunin I.A., Sholukhova O.N., B[E] STAR CI CAM IN THE OPTICAL RANGE, oral talk in XIIIth Bulgarian-Serbian Astronomical Conference 3 – 7 October, 2022, Velingrad, Bulgaria