Исследование структуры и динамики околозвездных и межзвездных оболочек (астросфер) и их роли в образовании пекулярных остатков сверхновых

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-12-00383

НазваниеИсследование структуры и динамики околозвездных и межзвездных оболочек (астросфер) и их роли в образовании пекулярных остатков сверхновых

Руководитель Измоденов Владислав Валерьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды

Ключевые слова звездные ветра, межзвездная среда, астросферы, гелиосфера, головные ударные волны, пылевые волны, остатки сверхновых

Код ГРНТИ41.23.21

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Появление в открытом доступе огромного массива данных, полученных современными космическими инфракрасными телескопами Spitzer, WISE и Herschel, привело к открытию многих сотен астросфер -- около- и межзвездных структур разнообразной формы, возникших в результате взаимодействия ветра и излучения звезд с окружающей средой. Были обнаружены кольцевые и биполярные туманности вокруг маломассивных и массивных звезд на разных стадиях эволюции (таких как звезды асимптотической ветви гигантов, яркие голубые переменных звезды, звезды Вольфа-Райе и красные сверхгиганты), головные ударные волны вокруг убегающих звезд, планетарные туманности, кольцевые оболочки вокруг областей H II, т.е. объекты, чье существование уже было известно из предшествующих наблюдений (выполненных в различных диапазонах длин волн) и чье образование неплохо описывается существующими теоретическими моделями. В то же время, были открыты (и продолжают открываться) астросферы вокруг массивных звезд на главной последовательности, чье образование нельзя понять в рамках модели эволюции одиночной звезды, а также вокруг звезд, для которых они ранее не встречались (например, вокруг Ве-звезд). Оказалось также, что необычная форма некоторых астросфер не может быть описана в рамках стандартных моделей взаимодействия ветров и головных ударных волн, а исследование центральных звезд некоторых из вновь обнаруженных астросфер может приводить к открытию уникальных объектов, таких как открытый нами продукт слияния двух углеродно-кислородных белых карликов с суммарной массой превышающей предел Чандрасекара. Более того, высокие угловое разрешение и чувствительность современных космических инфракрасных телескопов позволили разрешить тонкую структуру многих астросфер и/или увидеть у них ранее неизвестные детали, что, в свою очередь, потребовало совершенствования существующих и создания новых теоретических моделей, а также учета большего числа факторов (таких как магнитные поля, теплопроводность, пылевая компонента межзвездной среды, перенос излучения) влияющих на формирование структуры астросфер. Высокое качество и разнообразие наблюдательного материала в сочетании с современными представлениями об эволюции звезд и роли двойственности звезд в образовании разнообразных форм астросфер открывают новые перспективы в исследовании этих интересных объектов и их роли в происхождении разнообразия форм остатков сверхновых. Последнее время также ознаменовалось большим прогрессом в исследовании гелиосферы – единственной из астросфер, чье изучение проводится «изнутри». В частности, в августе 2012 году космический аппарат (КА) Вояджер -1 пересек гелиопаузу - контактный разрыв, отделяющий плазму солнечного ветра от межзвездной плазмы, и впервые в истории человечества вышел в межзвездное пространство. Проводимые Вояджером-1 измерения магнитного поля показывают медленное и монотонное изменения магнитного поля как по величине, так и по направлению. 8 ноября 2018 г. в потоках энергичных частиц, измеряемых на КА Вояджер-2 произошли изменения, которые свидетельствуют о том, что этот КА пересечет гелиопаузу в декабре 2018-январе 2019 г. и впервые в истории человечества будут проведены прямые измерения параметров плазмы межзвездной среды. Это событие потребует срочного анализа данных на основе кинетико-МГД модели гелиосферы, который планируется провести в рамках данного проекта. Необходимо также отметить большую активизацию международного сообщества по планированию будущих космических экспериментов по исследованию границы гелиосферы (поддержанный NASA проект IMAP), международный проект (под эгидой COSPAR) Interstellar Probe, проекты в ESA, NASA, прибор на Луну-26, Chinese Interstellar Probe. Целью данного проекта является исследование широкого круга астросфер – от гелиосферы до около- и межзвездных структур вокруг массивных звезд, а также роли последних в образовании пекулярных остатков сверхновых. В частности, в рамках проекта предполагается: - определение толщины внешнего ударного слоя гелиосферы и оценка величины и направления невозмущенного межзвездного магнитного поля на основе данных, полученных космическими аппаратами Вояджер-1 и 2, анализ данных Вояджера-2 по течению плазмы межзвездных среды после пересечения гелиопаузы. Исследование влияния межзвездных атомов водорода и эффектов высвечивания и теплопроводности на течение плазмы в области внешнего ударного слоя (т.е. в возмущенной взаимодействием межзвездной среде) и их влияние на интерпретацию данных Вояджера-2; - анализ зависимости спектров энергичных нейтральных частиц (ЭНА) гелиосферного происхождения от параметров течения во внешнем (!) ударном слое (это течение будет известно на основе данных Вояджера-1 и 2 и моделей); сравнение модельных спектров с данными IBEX; теоретическое обоснование будущих перспективных миссий (LIMO, Chinese Interstellar Probe, и др.) одной из целей которых является определение расстояния до области рождения гелиосферных ЭНА с помощью параллакса. - моделирование астросфер вокруг горячих массивных звезд и исследование роли крупномасштабного межзвездного магнитного поля и теплопроводности на структуру этих астросфер; - моделирование астросфер вокруг убегающих Ве- и взаимодействующих двойных звезд; - исследование роли астросфер вокруг (массивных) предсверхновых звезд в образовании пекулярных остатков сверхновых. Заявленные в проекте исследования будут проводиться с использованием разработанных нами для гелиосферы и адаптированных для массивных звезд магнитогидродинамических (МГД) и кинетико-МГД моделей, которые: 1) учитывают влияние как межзвездного, так и звездного магнитных полей; 2) позволяют получать решения для звезд, находящихся в частично-ионизованной межзвездной среде для случая, когда длина свободного пробега атомов сопоставима с размерами астросферы (в кинетическом и многожидкостном приближениях для нейтральной компоненты); 3) позволяют исследовать нестационарные эффекты; 4) позволяют получать решения для различных показателей политропы, а также с учетом теплопроводности (при небольших коэффициентах теплопроводности); 5) позволяют рассчитывать распределение пылевой компоненты в астросферах, 6) позволяют строить синтетические карты астросфер в различных диапазонах длин волн, и тем самым визуализировать трехмерные распределения пыли в астросферах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гварамадзе В.В., Пахомов Ю.В., Князев А.Ю., Рябчикова Т.А., Лангер Н., Фоссати Л., Гребел Е.К. TYC 8606-2025-1: a mild barium star surrounded by the ejecta of a very late thermal pulse, 2019, MNRAS, 489,5136; DOI: 10.1093/mnras/stz2484 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), 489,5136 (год публикации - 2019)
10.1093/mnras/stz2484

2. Гварамадзе В.В.., Князев А.Ю., Кастро Н., Катков И.Ю. HD93795: a late-B supergiant star with a square circumstellar nebula Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) (год публикации - 2020)

3. Измоденов В.В., Алексашов Д.Б. Magnitude and direction of the local interstellar magnetic field inferred from Voyager 1 and 2 interstellar data and global heliospheric model Astronomy & Astrophysics (год публикации - 2020)

4. Гварамадзе В.В., Князев А.Ю., Графенер Г., Лангер Н. WR72: a born-again planetary nebula with hydrogen-poor knots Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) (год публикации - 2020)

5. Гварамадзе В.В., Графенер Г., Лангер Н., Марыева О.В., Князев А.Ю., Москвитин А.С., Спиридонова О.И. A massive white-dwarf merger product before final collapse Nature (год публикации - 2019)
10.1038/s41586-019-1216-1

6. Грин С., Маккей Дж., Хворт Т. Дж., Гварамадзе В.В., Даффи П. Thermal emission from bow shocks. I. 2D hydrodynamic models of the Bubble Nebula Astronomy & Astrophysics (год публикации - 2019)
10.1051/0004-6361/201834832

7. Катушкина О.А., Измоденов В.В. Infrared dust arcs around stars – I. Effect of the radiation pressure Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) (год публикации - 2019)
10.1093/mnras/stz1105

8. Балюкин И.И., Измоденов В.В., Алексашов Д.Б. Heliospheric energetic neutral atoms: Non-stationary modelling and comparison with IBEX-Hi data Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 499, 1, 441–454 (год публикации - 2020)
10.1093/mnras/staa2862

9. Катушкина О.А., Галли А., Измоденов В.В., Алексашов Д.Б. Analysis of the IBEX-Lo Interstellar Hydrogen Fluxes collected in 2009-2018 as a Tool for Sensing of the Solar Radiation Pressure and the Hydrogen Ionization Rate Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (год публикации - 2020)
10.1093/mnras/staa3780

10. Оскинова Л.М., Гварамадзе В.В., Графенер Г., Лангер Н., Тодт Х. X-rays observations of a super-Chandrasekhar object reveal an ONe and a CO white dwarf merger product embedded in a putative SNIax remnant Astronomy & Astrophysics Letters, 644, L8 (год публикации - 2020)
10.1051/0004-6361/202039232

11. Корольков С.Д., Измоденов В.В. New unexpected flow patterns in the problem of the stellar wind interaction with the interstellar medium: stationary ideal-MHD solutions Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 504, 3, 4589-4598 (год публикации - 2021)
10.1093/mnras/stab1071

12. Гварамадзе В.В., Князев А.Ю.,Галлахер Д.С.,Оскинова Л.М.,Чу И.-Х., Грюндль Р.А., Катков И.Ю. SALT observations of the supernova remnant MCSNR J0127-7332 and its associated Be X-ray binary SXP 1062 in the SMC Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 503, 3, 3856-3866 (год публикации - 2021)
10.1093/mnras/stab679

13. Балюкин И.И., Измоденов В.В., Алексашов Д.Б. Energetic pickup proton population downstream of the termination shock as revealed by the IBEX-Hi data Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (год публикации - 2021)
10.1093/mnras/stab3214

14. Титова А.В., Корольков С.Д., Измоденов В.В. Effects of radiative energy losses on the structure of stellar wind interaction with the interstellar medium Journal of Physics: Conference Series, 2028, 012012 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2028/1/012012

Публикации