Эффекты отклонения от условий локального термодинамического равновесия в атмосферах М-гигантов Павленко Яков Владимирович

3.6. Модели атмосфер звезд М-гигантов с НЛТР ионизационным равновесием.

Сравнение с ЛТР моделями 76

3.7. Ионизационное состояние металлов в атмосферах М-гигантов 84

3.8. НЛТР ионизационное равновесие и ЛТР диссоциативное равновесие молекул 85

Введение к работе

В теории атмосфер звезд для вычисления наблюдаемых величин используются различные приближенные представления и решения.

Ситуация для звезд поздних спектральных классов усложняется тем, что процессы, которые определяют физическое состояние вещества в их атмосферах, отличаются большим разнообразием,чем для горячих звезд. Для описания этих процессов часто используются эмпирические формулы. Применение упрощений приводит к тому, что теоретические модели весьма приближенно описывают физическое состояние вещества в реальных атмосферах.

Упрощением является и использование гипотезы о наличии в атмосфере звезды локального термодинамического равновесия (ЛТР). Термином ЛТР обозначают такое состояние вещества, когда в окрестностях каждой точки существуют условия, подобные условиям термодинамического равновесия при локальной температуре. Применение концепции ЛТР оправдано, если средняя длина пробега атома или фотона в веществе намного меньше расстояний, на которых становятся значительными изменения физических параметров вещества.

Численные расчеты показывают, что приближение ЛТР с высокой точностью применимо не только для внутренних слоев звезд, но и для глубоких слоев звездных атмосфер. Однако строго предположение о наличии ЛТР не выполняется даже для центральных областей звезд. Во внешних слоях атмосфер звезд длины пробегов фотонов сравнимы с характерными шкалами высот. Здесь условия в среде отличаются от ЛТР в заметной степени. Определить физи- ческое состояние атомов и ионов в этом случае можно, решив совместную систему уравнений стационарности переноса излучения, т.е. решив ШІТР задачу. Однако во многих случаях использование приближения ЛТР и для таких слоев атмосферы оправдано, поскольку сечения элементарных процессов, которые определяют физическое состояние вещества, часто известны с невысокой точностью.

Настоящая работа посвящена рассмотрению ионизационного равновесия для условий атмосфер М-гигантов при учете отклонений от ЛТР. Термин «ионизационное равновесие" будет в дальнейшем применяться для описания равновесного состояния всех ионов, атомов и свободных электронов в атмосфере звезды. Для описания равновесного состояния ионов и атомов какого-либо элемента в атмосфере звезды будем употреблять понятие «ионизационное состояние элемента".

Вследствие низкой температуры в атмосферах красных звезд степень ионизации водорода и гелия в них невелика. Концентрация свободных электронов в этом случае определяется ионизацией наиболее распространенных элементов с небольшими потенциалами ионизации - натрия, магния, кальция и др. металлов.

Решение задачи разбивается на следующие четыре этапа: а) получение классических моделей атмосфер в приближении ЛТР; б) решение НЛТР задач для элементов - поставщиков электро нов: кремния, алюминия, магния, натрия, железа, кальция; в) расчет ионизационного равновесия в атмосферах М-гиган тов без использования концепции ЛТР. В этом шаге решения ис пользуются результаты предыдущих пунктов; г) расчет моделей атмосфер с учетом результатов расчета НЛТР ионизационного равновесия. *» D —

Нами было рассчитано 8 самосогласованных моделей звездных атмосфер (4 модели с ионизационным равновесием в приближении ЛТР и 4 модели для случая, когда ионизационное состояние металлов определялось из решения соответствующих НЛТР задач). Модели атмосфер в рамках ЛТР рассчитывались при помощи методики, реализованной в программе ATLAS 5 (Куруч, 1970) и ее модификациях. Для НЛТР расчетов версия этой программы SAH1 (Райт, 1975) была соответствующим образом модифицирована нами ,

Актуальность работы заключается в следующем.

Настоящую работу можно представить в качестве одного из этапов разработки алгоритма построения адекватных моделей атмосфер звезд поздних спектральных классов. Сейчас эта задача приобретает исключительное значение, поскольку точный количественный анализ звездных спектров можно проводить только на основе использования достаточно правдоподобных моделей звездных атмосфер.

Расчет ионизационного равновесия в атмосферах звезд поздних спектральных классов при отказе от ЛТР имеет важное значение для широкого круга задач теоретической астрофизики. Электронная плотность Эффекты отклонения от условий локального термодинамического равновесия в атмосферах М-гигантов