Справка за основните научни приноси на доц д-р Ренада Константинова-Антова по темата на конкурса

„Магнитна активност при звезди от късен спектрален клас“

Научните приноси включват изследването на магнитните полета и активност при звезди от късен спектрален клас – гиганти и джуджета, както и бързата променливост, наблюдавана при някои от тези звезди.

Ранните изследвания включваха подборка от 14 единични гиганта от спектрален клас G и K, подбрани по литературни данни за сравнително бързо въртене, химически състав, или наличие на някои от признаците за хромосферна активност. Проведено беше комплексно спектрално и фотометрично изследване на тези звезди, както и определяне на еволюционния им стадий чрез определяне на положението им върху диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел и от анализ на химическия им състав.

Резултатите от изследването показаха, че само една малка част (4 на брой) от тези гиганти показват изявена магнитна активност, която е във връзка с тяхното въртене, маса и еволюционен стадий. Това води до извода, че вероятно магнитното динамо действа не при всички гиганти, а зависи от специфичните условия в недрата на звездата. Интересен резултат който получихме в подкрепа на това твърдение е, че сравняването на звезди с еднаква маса и на един и същ еволюционен стадий показа, че някои от тях са активни, а други – не. Изследвана беше и връзката въртене-активност- Li обилие. Установено беше по наши и литературни данни, че гигантите с малка маса, които имат сравнително бързо въртене са в повечето случаи и с високо литиево обилие. При гигантите със средна маса не се наблюдава такава зависимост. Тези резултати са в съгласие с предсказанията на Charbonnel&Balachandran (2000) въз основа на теоретични разработки за еволюцията по клона на червените гиганти. Много от богатите на Li гиганти с малка маса обаче се оказаха с бавно въртене и неактивни. Особено интересен е резултата, че съществуват активни и неактивни звезди в един и същ интервал маси (1.5 – 2 сл. маси) и на един и същ еволюционен стадий. Тези резултати подкрепят твърдението, че специфични фактори играят роля за ускореното въртене, активността и Li обилие при тези зведи. От възможните две предложени хипотези, нашите изследвания дават предимство на хипотезата за изнасяне на въртящ момент и химически елементи (Li) при проникването на конвективната обвивка до приядрените слоеве по време на еволюцията на звездата по клона на червените гиганти. Но това става при специфични условия, затова е толкова малък броя на бързовъртящите се и активни гиганти, както и на тези богати на Li. По-нататъшния напредък на теорията за въртенето и структурата на късните гиганти би хвърлил повече светлина по този въпрос.
Комплексният подход към изследването на късните гиганти, включващ спектрално и фотометрично проследяване поведението на хромосферата и фотосферата на всяка от тези звезди ни даде също така представа за размерите на активността и времевите скали на променливост при тези звезди. Такива систематични изследвания на активни гиганти бяха и все още са рядко срещани в световен мащаб и са продължение на подхода на Франк Фекел от САЩ – пионер в изследването на активните гиганти от началото на 90-те години. В резултат, беше установено, че магнитната активност при различните гиганти варира в широки граници, като по-силна е тя при изследваните звезди с малка маса (1.5 – 2 сл. маси). Изучените гиганти със средна маса проявяват по-слаба активност.

По-интересни изследвани обекти са:

OP And – единичен K гигант с 1.5 сл. маси, с много силна активност, сравнима с тази при звездите от тип RS CVn. При него наблюдавахме променлива силна емисия в линиите-индикатори на хромосферна активност CaII K&H и Hά, фотометрични периодични вариации на блясъка, дължащи се на петна, както и избухвания. Hά има също така сложна структура, състояща се от запълнен в значителна степен абсорбционен компонент и синьо-отместена емисия. Дадена е интерпретация в рамките на разширяваща се и изтичаща хромосфера, както и наличие на отворени и затвоерни магнитни конфигурации в атмосферата на гиганта. Тази интерпретация е в съгласие с еволюционния стадий и положението на звездата спрямо Mg II и CaII разделителни граници. OP And е преминала отдясно на Mg II разделителна граница, която разделя гигантите при които имаме изтичане на по-горните части от хромосферата от тези, при които няма изтичане от хромосферата.

V390 Aur – в продължение на няколко години е проследено фотометричното и поведението в Hά на този активен гигант от спектрален клас G8 с маса около 1.8 – 2 сл. маси. Установена е променливост и избухваща активност. Избухванията са регистрирани на 3 телескопа в България, Гърция и Терскол по време на българо- украинско-гръцки синхронни наблюдения. За пръв път е определена честотата на избухващата активност на единичен гигант, която е сравнима с тази на избухващата звезда EV Lac около минимума на цикъла й на активност.

Установено е също така, че V390 Aur е част от визуално двойната ADS 3812. Определен е орбиталният период на системата (140 години) и е показано, че ефекта на синхронизация не играе роля за бързото въртене и активността на гиганта V390 Aur.
HD 112989 = 37 Com – единичен гигант от спектрален клас G9 с маса около 5 сл. маси. Проведено беше спектрално и фотометрично изследване, определен беше еволюционния му статус. Установена беше активност по-слаба от тази при гореспоменатите гиганти. Имайки предвид масата на звездата, бързото й въртене се интерпретира като остатъчно от това, което звездата е имала на главната последователност. При развиването на конвективна обвивка по време на еволюцията й в стадия на гигант се създават условия за действие на динамо-механизма.

Въз основа на нашето изследване гиганта HD 112989 беше включен в Общия каталог на променливите звезди под названието LU Com (виж цитат № 28 ).

За другите М гиганти беше установено по-бавно въртене. Две от звездите се оказаха членове на широки двойни системи, при които ефекта на синхронизация не би могъл да играе роля за тяхното въртене и активност.

Изследванията на единичните късни гиганти са публикувани в статии № 8,9,13,15,17,21, 22,25,26,28,29,31 от списъка с публикациите, както и са са представени в устни доклади и постери на редица симпозиуми на IAU, JENAM, както и други международни конференции и семинари у нас и в чужбина.

Резултатите са публикувани в статии № 32, 35 и 38 от списъка с публикациите.

По получените спектрополариметрични наблюдения за гиганта EK Eri е изучена променливостта на магнитното му поле Bl и линиите-индикатори на активност CaII K&H, Halpha и CaIR триплет, а впоследствие беше получена карта за повърхностното магнитно поле на звездата. Звездата е със сходна маса и еволюционен стадий като V390 Aur, но с много бавно околоосно въртене – период 308 дни. Изследването показва простата структура на магнитното поле на повърхността на този гигант, която е доминирана от магнитен дипол. Магнитното поле на EK Eri обаче е в пъти по-силно от това при V390 Aur. Интерпретацията е, че този гигант е произлязъл от Ар звезда на главната последователност.

Детайлно е изучена и звездата β Cet. Получените резултати показват проста структура на повърхностното магнитно поле. Звездата е с маса около 3.5 сл. маси и се намира в етап на хелиево горене. Определеният период на въртене е 215 дни като при това тя има магнитно поле Bl до 10 гауса. Тези резултати са в подкрепа на предположението, че тя също е произлязла от Ар звезда на главната последователност.
Изучено е и магнитното поле на Полукс. Гигантът е с много бавно въртене (период над 500 дни) и магнитно поле под 1 гаус. Предполага се, че при него не действа динамо от слънчев тип. Звездата се намира или в основата на клона на гигантите, или в областта на хелиево горене.
Проведени са спектрополариметрични наблюдения за подборка от 9 единични М гиганта. За пръв път е детектирано магнитно поле на М гигант при звездата HD130144 = EK Boo от порядъка на няколко гауса. Звездата се намира на асимптотичния клон на гигантите и има бързо за нейния еволюционен стадий въртене. Вариациите на магнитното поле показват неравномерно разпределение по звездната повърхност. По-късно магнитни полета бяха детектирани и на още 6 гиганта от подборката, но при повечето от тях магнитното поле е до един гаус, с изключение на бързовъртящия се гигант RZ Ari, където достига 13 гауса. Установена е зависимост на магнитното поле от vsini за тези звезди. Две от тях (RZ Ari и β And) са детайлно изследвани и при тях има същите вариации на магнитното поле както при EK Boo.
За пръв път магнитно поле е детектирано на свръхгиганта Бетелгейзе. Това е първият свръхгигант от късен спектрален клас с детектирано магнитно поле. Полето е от порядъка на няколко гауса. Промените му не са свързани с въртенето за звездата.Като вероятна причина се предполага действие на локално динамо при наличието на гигантски конвективни клетки.

Слабо магнитно поле (под един гаус) е детектирано и на дългопериодичната променлива от тип Мира χ Cyg. Това е първата мирида, на която е установено магнитно поле. Полето се наблюдава около максимума на блясъка на звездата. Предполага се, че генерирането му има връзка с преминаването на ударна вълна през атмосферата.

В заключение, изследвани са магнитните полета и активността на подборка от 48 G и K единични гиганти от които при 29 е детектирано магнитно поле. Тези звезди с маси в интервала 1.5 – 5 сл. маси се намират в основата на клона на гигантите или във фазата на горене на хелия и формират „магнитна ивица“ на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел. За звездите, за които имаме определен период на въртене се забелязва ясна зависимост на максималната наблюдавана големина на компонентата на вектора на индукцията на магнитното поле по лъча на зрение |Bl|max както от периода на въртене, така и от числото на Росби, което е <1. Това показва, че магнитните полета са генерирани от динамо, вероятно от слънчев тип. При 4 звезди, които имат бавно въртене, но и силни магнитни полета, се предполага, че са произлезли от Ар звезди на главната последователност. Оформя се и една група от 5 гиганта с много бавно въртене и слаби (под 1 гаус) магнитни полета. При тях е възможно да действа друг тип динамо. Това изследване е първото по рода си мащабно изследване на магнитните полета при единични G и K гиганти.
В последствие беше проведено и спектрополариметрично изследване на 45 ярки звезди-гиганти в околността на Слънцето. Подборката включваше всички единични късни гиганти до 4 зв. величина, достъпни за наблюдение с NARVAL на 2м телескоп TBL, Пик дю Миди, Франция, за да се постигне висока точност на измерванията. Резултатите показват, че около половината от тях имат магнитни полета. Тези звезди са с маси в интервала 1.7 – 4 сл. маси и оформят две „магнитни“ ивици на диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел – една в областта на основата на клона на гигантите и стадия на хелиево горене, а другата се намира на асимптотичния клон на гигантите и върха на клона на червените гиганти. Регистрираните магнитни полета като цяло са доста по-слаби от тези при първите подборки G, K и М гиганти. Не се наблюдават и звезди с бързо околоосно въртене в тези области. Необходимо е по-нататъшното им изучаване за установяване на типа динамо при тези гиганти.

Резултатите по изучаване на магнитните полета и активността при късни гиганти са публикувани в статии № 36, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 49, 50, 52, 54, 55, 56, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 73. Те са представени също и като устни доклади (в това число и поканени доклади), и постери на редица симпозиуми на IAU, JENAM, както и други международни конференции и семинари у нас и в чужбина. Публикациите са цитирани в редица престижни списания като ApJ, A&A и др.

Получени по-важни резултати:

Чрез синхронни електрофотометрични наблюдения на червеното джудже EV Lac е потвърдено съществуването на избухвания, характеризиращи се с максимум на блясъка в синята област, съпроводен с намаление на блясъка в червената област.

При EV Lac са намерени бързи (от порядъка на секунди) осцилации по време на големи избухвания, започващи от началото на избухванията. Те са установени по време на синхронни наблюдения на 5 телескопа в 3 държави. Явлението е интерпретирано като разпространение на магнито-акустична вълна в избухващата примка.

По UBVRI синхронни наблюдения е направено първото високоскоростно колориметрично изследване на избухващата звезда EV Lac. Установено е, че цветовите индекси осцилират с времева скала от порядъка на секунди. На двуцветните диаграми осцилациите попадат в по-голямата си част в областта на оптически прозрачна водородна плазма При максимума на осцилациите се наблюдава преместване към областта на чернотелно излъчване. Определени са цветови температури от порядъка на 17-22 000 К. Установено е също, че избухващата област заема 1% от звездния диск.
През 90-те години е проведено дългогодишно изследване на честотата на избухване на избухващата звезда AD Leo. Забелязано е изменението й в зависимост от цикъла на активност. Заподозрян е цикъл от 8 год, което е в съгласие с наблюденията и на други автори. Изследванията на тази звезда показаха засилена избухваща активност през януари-март 2006 г. както и през януари 2007 г. Установени са бързи осцилации по време на избухване в широк честотен диапазон.

При гиганта V390 Aur са наблюдавани високочестотни осцилации, които се интерпретират като микро-избухвания с продължителност 1 сек и по-малко. Тези явления са може би оптичния аналог на докладваните от Gondoin (2003) подобни явления в рентгеновия диапазон.