Отчет Клочкова Дмитрия (лето 2001г.)

Основной целью прохождения практики было поставлено освоение основных методик спектральных наблюдений слабых протяженных и звездообразных объектов, проводимых на метровом и шестиметровом телескопах, а также изучение методов обработки получаемых двумерных спектров. Помимо этого проводилась работа с литературой отечественных и зарубежных авторов по тематике исследований рентгеновских двойных систем, таких как Her X-1, Cyg X-1, GR 2023+338, SS 433. Этим объектам уделялось особое внимание при наблюдениях и обработке. Для тесной рентгеновской двойной системы со сверхкритической аккрецией SS 433 была поставлена задача интерпретации фотометрических и спектральных данных. Для ее решения были разработаны простейшие качественные модели. Детальная разработка этих моделей планируется в перспективе, в частности во время будущих практик в САО. В ходе практики мной самостоятельно проводились наблюдения на метровом телескопе по программам спектрального мониторинга активных ядер галактик, а также мониторинга тесных рентгеновских двойных систем. Наблюдения включали в себя процедуру первичной редукции и архивации данных. Я также принимал непосредственное участие в спектральных и спектрополяриметрических наблюдениях на шестиметровом телескопе по программам спектрального мониторинга AGN, наблюдению поляров, и исследованию так называемых дисконов (одиночных сильно замагниченных белых карликов). В результате проделанной работы были приобретены навыки работы со спектрографами с длинной щелью среднего разрешения и общие сведения о процессе спектральных наблюдений на Цейсе-1000 и БТА. Результатами работы также являются обработанные спектры, полученные на спектрографе с длинной щелью на обоих телескопах.

НАБЛЮДЕНИЯ

1. Наблюдения на БТА.
На шестиметровом телескопе наблюдения проводились в период с 12 по 19 июля. Работа велась по следующим программам:

I. Программа под названием "Поляр".
Эта программа подразумевала фотометрическое, спектральное и поляриметрическое исследование поляров и кандидатов в поляры. Ниже приводится список объектов наблюдений:

AM Her=A1814+498
QQ Vul=E2003+225
BY Cam=H0538+608
V405Aur=RXJ0558+5353

Необходимо было провести исследование переменности кривых изменения спектральных, фотометрических и поляриметрических характеристик в разных состояниях светимости. Определение модельных параметров областей излучения континуума и эмиссионных линий (аккреционного потока, белого карлика, красного спутника). Уточнение орбитального периода, которое уверенно может быть проведено только по кривым лучевых скоростей, и корректировка фаз всех других наблюдений. Параллельно с БТА были проведены одновременные многоцветные фотометрических и поляриметрические наблюдения в КрАО. Исследование структуры и эволюции аккреционных структур в магнитных катаклизмических системах на разных стадиях синхронизации орбитального и вращательного движения. Научная ценность данной программы состояла в следующем. В связи с переменностью фазовых кривых поляризации и блеска катаклизмических переменных звезд не только от ночи к ночи, но и от цикла к циклу, чрезвычайную важность имело получение одновременных комплексных наблюдений этих объектов на разных телескопах. В КрАО проводились поляриметрические наблюдения. На долю БТА пришлись спектральные наблюдения. В результате выполнения даной программы авторы надеялись получить независимое определение по спектральным наблюдениям характера вращения белого карлика в исследуемых системах, а также сделать окончательный выбор между моделями "качающегося" и "прокручивающегося" диполей. предполагалось так же уточнение орбитального периода BY Cam-системы с многокомпонентной переменностью поляризации и блеска, у которой авторами был заподозрен эффект замедления вращения магнитного белого кар- лика по наблюдениям в КрАО. Заподозрен эффект биений с периодом 15 суток, который должен также проявляться в изменениях фазовых кривых спектральных характеристик. Что касается V405 Aur, то у этого объекта авторами обнаружена переменность поляризации с периодом, в 2 раза превышающим фотометрический, что свидетельствует о том, что магнитная ось лежит в плоскости экватора вращения с точностью до 4 градусов. В связи с этим были необходимы спектральные наблюдения этого промежуточного поляра с аномально сильным магнитным полем для исследования взаимодействия аккреционного потока с магнитным полем быстро вращающегося белого карлика.

II. Спектральные и фотометрические исследования рентгеновских двойных.
Целью данной программы являются спектральные и фотометрические исследования рентгеновских двойных. В ходе выполнения данной программы предполагается получить спектральные и фотометрические наблюдательные данные исследуемых объектов, список которых приведен ниже:

V616 Mon
V404 Cyg

Объекты V616 Mon и V404 Cyg являются наиболее вероятными двойными системами с черной дырой. Для окончательного установления этого факта авторы планировали получить новые наблюдения с высоким спектральным разрешением - около 2A. Основная идея метода состоит в следующем: из-за того, что холодный компонент (обычная звезда ГП) заполняет свою полость Роша, профили линий, принадлежащих этому компоненту, будут изменяться в зависимости от того, видим ли мы звезду с торца (минимальная видимая площадь), либо со стороны большей полуоси (максимальная площадь). По изменению полуширины профилей линий можно вычислить отношение масс компонентов и угол наклона орбиты системы к лучу зрения.

         Теоретически профили спектральных линий будут рассчитываться методом синтеза с ТОЧНЫМ учетом прогрева поверхности звезды рентгеновским излучением релятивистского объекта. Соответствующие вычислительные программы в настоящее время отлаживаются в ГАИШ.

         В итоге можно будет независимо от других методов найти массу релятивистского объекта и сделать вывод о его природе, что крайне актуально не только для программных звезд, но и для всех аналогичных двойных систем, которых известно уже более 20.

         Помимо этих программ я принимал участие в поляриметрических наблюдениях кандидатов в дисконы, проводившихся на шестиметровом телескопе. целью наблюдений было определение круговой и линейной поляризации в континууме и в отдельных линиях. В результате планировалось определить структуру магнитного поля объектов - кандидатов в дисконы с целью окончательного выявления их природы.

         При выполнении всех перечисленных программ применялся спектрограф с длинной щелью UAGS и CCD камера. Этот спектрограф предназначен для детального исследования протяженных объектов - галактик и HII областей с умеренным спектральным разрешением. Он устанавливается в первичном фокусе 6-м телескопа Специальной Астрофизической Обсерватории. Охлаждаемая CCD камера установлена во внутреннем фокусе светосильной камеры. Дистанционное управление LSS (затвором, изменением угла дифракционной решетки и системой спектра сравнения) осуществляется с пульта спектрографа из аппаратной комнаты телескопа. Местный телевизионный гид, установленный на LSS (Long Slit Spectrograph), позволяет установить наблюдаемый объект на щель спектрографа и гидировать в течение накопления спектра. Кроме того существует программа, позволяющая осуществлять автоматическое гидирование по одной из оффсетных звезд, видимых в поле зрения телевизионного подсмотра. Эта программа активно использовалась при длинных экспозициях во время наблюдений по всем вышеперечисленным программам. Оптическая схема спектрографа приведена на рисунке 1, пример спектра, полученных на спектрографе с длинной щелью, можно найти на рисунке 2 и рисунке 3.

         При наблюдениях по программе поиска дисконов совместно с UAGS-ом использовалась поляриметрическая система, включающая кристалл-анализатор и пластинку в четверть волны. такая система позволяет разделить изображения с разными направлениями круговой поляризации, а также измерить линейную поляризацию.

         Помимо выполнения вышеперечисленных программ на БТА была проведена спектроскопия сверхновой SN2001cy вспыхнувшей в галактике UGC 11927. По полученным спектрам был определен тип сверхновой (оказалось, что сверхновая принадлежит ко второму типу). По водородной эмиссии H-alpha была измерена лучевая скорость разлетающейся оболочки. С учетом красного смещения галактики UGC 11927 она оказалась равной 1900 км/с относительно нее. По данным спектроскопии этой сверхновой был составлен циркуляр, которых был отправлен в Central Bureau for Astronomical Telegrams of IAU (International Astronomical Union). Ниже приводится текст телеграммы:

SUPERNOVA 2001cy IN UGC 11927
N. V. Borisov, V. V. Vlasuk, A. N. Burenkov, and D. K. Klochkov, Special Astrophysical Observatory, Russian Academy of Sciences, report that a spectrum (range 360-810 nm, dispersion 0.24 nm/pixel, S/N = 70; 15-min exposure) of SN 2001cy (cf. IAUC 7655, 7665), obtained on July 13.03 UT with the 6-m telescope (+ long slit spectrograph + CCD camera), shows it to be a type-II supernova. H-alpha emission from the supernova indicates a recession velocity of 1900 km/s for the host galaxy.

Этот циркуляр можно найти в Интернете по адресу:

http://cfa-www.harvard.edu/iauc/07600/07666.html

Спектр этой сверхновой изображен на рисунке 4.

2. Наблюдения на Цейссе-1000
Наблюдения на метровом телескопе проводились в период с 25-го по 30-е июня и с 21 по 28 июля. Выполнялись две основные программы:

I. Мониторинг AGN (активных ядер галактик).
Эта программа подразумевала спектральные наблюдения сейфертовских галактик в синей части оптического диапазона. Программа мониторинга ведется совместно с другими обсерваториями. Параллельно ведутся наблюдения в рентгеновском диапазоне спектра со спутника. Список основных объектов по которым ведется мониторинг на Цейссе приведен ниже:

NGC 5548
NGC 7469
NGC 7603

В результате программы были получены и обработаны спектры перечисленных галактик.

II. Спектральный мониторинг SS 433.
Несмотря на то что по этому уникальному объекту накоплен большой наблюдательный материал, в том числе и на шестиметровом телескопе, регулярного спектрального мониторинга с покрытием большого числа орбитальных и прецессионных периодов не проводилось. В частности практически неисследованным до настоящего времени остается пашеновский диапазон. Мониторинг охватывает и этот диапазон. В результате мониторинга были получены спектры SS 433 в красном и инфракрасном диапазоне.

         При наблюдениях по этим программам использовался спектрограф с длинной щелью UAGS. В качестве светоприемника использовалась CCD камера "ГАД", охлаждаемая жидким азотом.

         Обработка спектров проводилась с помощью пакета программ FORTC, написанного В.В.Власюком. Использование этого пакета включает в себя все основные этапы обработки двумерных спектров, такие как чистка космических частиц, складывание нескольких одинаковых спектров, исправление за неравномерность спектральной чувствительности матрицы. Получение одномерного вектора и линеаризация спектра с построением шкалы длин волн.

         Просмотр изображения, полученного на CCD и простейшие операции с ним, такие как разрезание вдоль одной линии по заданной апертуре с последующим сохранением в качестве одномерного вектора и т.п., осуществлялись программой FVIZ. Эта программа использовалась для контроля процесса обработки и внесения необходимых коррекций. Для просмотра одномерных изображений использовалась программа VECVIZ. Эта программа позволяет просматривать одновременно несколько одномерных изображений. Это удобно при сдвиге разных спектров для того, чтобы их последующее суммирование было корректным. Сдвиг изображений по одной или по обоим координатам производится командой IMSHIFT. Складывание двумерных изображений с чисткой частиц производится с использованием командного файла LST_ADDT.BUT, который обращается к различным программам, в том числе к IMAR. Результатом работы этой программы является файл с изображением отчищенным от космических частиц и так называемая "маска" - файл с изображением деталей, которые программ "посчитала" частицами и удалила. Откорректировав этот файл, запустив командный файл LST_ADMC.BUT. В результате получается новое изображение, при фотмировании которого использовалась уже откорректированная маска. Далее, при помощи программ того же пакета проводилась линеаризация спектра с построением шкалы длин волн. В результате проведенной обработки были получены спектры, см. рисунок 5.

ЛИТЕРАТУРА
В ходе прохождения практики велась работа с литературой по тематике рентгеновских двойных систем. Большей частью это были статьи отечественных (Черепащук, Филипенко, Панфереов и др.) и зарубежных (Морган, Хатчингс, Окуда, Тору, Фуджита и др.) авторов. Один из наиболее полных обзоров посвященных SS 433 - это обзор Моргана, в котором дается описание основных наблюдаемых свойств объекта и проводится их качественная интерпретация. Одними из наиболее интересных последних работ, посвященных SS 433 являются статьи японских авторов Окуды и др., в которых построена и проанализирована подробная модель сверхэддингтоновской аккреции на компактный объект. В качестве последнего была выбрана нейтронная звезда. По мнению авторов, их модель наиболее точно описывает наблюдаемые свойства SS 433. Большой интерес представляет работа Филипенко, в которой автор рассмотрел свойства водородных линий пашеновской серии. Филипенко обратил внимание на возникающую время от времени двухпиковую структуру профилей линий, связывая это с тем, что линии образуются в аккркеционном диске. Кроме этого мной была детально изучена кандидатская диссертация Н.В.Борисова, в которой, в частности, впервые были получены основные параметры системы и дан метод определения верхнего и нижнего предела массы релятивистского компонента.

Рисунок 1: Оптическая схема спектрографа

Рисунок 2: Пример спектра

Рисунок 3: Пример спектра

Рисунок 4: Спектр сверхновой SN2001cy

Рисунок 5: Спектр SS433