Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Данный проект направлен на исследование газодинамических структур (астросфер), которые возникают при взаимодействии звездных ветров с окружающей их около- и межзвездной средой. В 2014 году работа по реализации проекта велась по четырем основным направлениям: 1. разработка универсального программного комплекса для расчета газодинамических структур астросфер в рамках трехмерной магнитогидродинамической (МГД) модели для широкого диапазона параметров звездного и межзвездного ветров; 2. исследование структуры возникающего течения (положения поверхностей разрывов, критических точек и т.д.) в зависимости от определяющих безразмерных параметров задачи; 3. применение разработанной модели для расчета спектров поглощения лайман-альфа излучения в направлении ближайших холодных звезд солнечного типа и сравнение с данными Hubble Space Telescope; 4. расчет структуры астросфер около нескольких звезд различных типов (Бетельгейзе, IRC+10216, IRC-10414, CD-38 11636) и анализ имеющихся изображений этих астросфер на основе результатов численного моделирования. Разработанный программный комплекс позволяет выделять поверхности сильных разрывов параметров плазмы, что является существенным преимуществом по сравнению с имеющимися в мире аналогами. Кроме того, благодаря большому опыту численного решения подобных задач в случае солнечного ветра и гелиосферы, нам удалось избавиться от численных неустойчивостей, которые часто возникают в работах других коллективов при решении задач такого типа. Таким образом, разработанный код представляет собой эффективный инструмент для моделирования астросфер различных типов и анализа многочисленных наблюдательных данных, которые появились в последнее время. В 2014 г. нами были получены следующие важнейшие результаты: 1. Проведенное масштабное параметрическое исследование трехмерных МГД течений в астросферах позволило выявить ряд важных особенностей в течении и геометрии силовых линий магнитного поля вблизи критических точек. Анализ безразмерных параметров задачи с помощью теории размерностей позволил ввести удобную нормировку газодинамических величин, которая дает возможность автоматически находить решения для многих наборов параметров звездного и межзвездного ветров, а также приводит к уменьшению инкремента возможной неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на тангенциальном разрыве. 2. С помощью численного моделирования удалось дать качественное объяснение наблюдаемым структурам астросфер около звезд Бетельгейзе и IRC+10216. В частности, структуру окрестности звезды Бетельгейзе можно хорошо воспроизвести только в рамках трехмерной магнитогидродинамической модели. При этом оказывается важен угол в несколько градусов, образованный векторами магнитной индукции и скорости набегающего потока. Для звезды IRC+10216 принципиальное значение имеет наличие параллельного межзвездного магнитного поля. 3. Было проведено численное моделирование астросфер холодных звезд солнечного типа на основании трехмерной кинетико-МГД модели астросферы с учетом межзвездного магнитного поля. На основе этих моделей были вычислены астросферная компонента спектров поглощения лайман-альфа излучения, полученных на Hubble Space Telescope (HST) в направлении ближних звезд. Показано, что спектр поглощения HST в направлении звезды Pi1 UMa может быть объяснен в рамках модели с двумя различными наборами параметров: а) темп потери массы звезды равен половине солнечного, а параметры межзвездной среды близки к параметрам межзвездной среды в окрестности Солнца; б) темп потери массы звезды в 150 раз превышает темп потери массы Солнца, плотность нейтральной компоненты межзвездной среды примерно в 20 раз меньше, чем в окрестности Солнца, а температура межзвездной среды примерно в два раза меньше, чем в окрестности Солнца. Последний вариант соответствует опубликованным недавно оценкам потери массы для этой звезды. Важным результатом для случая большого темпа потери вещества звездой является установленная слабая зависимость астросферной компоненты поглощения от величины и направления межзвездного магнитного поля. 4. Построены изотермические модели, описывающие магнитогидродинамическое течение вокруг красного сверхгиганта IRC-10414, движущегося со сверхзвуковой скоростью сквозь однородную межзвездную среду с регулярным магнитным полем. Показано, что осесимметричные модели с параллельным магнитным полем способны достаточно хорошо воспроизводить геометрическую структуру наблюдаемой астросферы. При этом параметрическое исследование показало, что форма контактной поверхности (астропаузы) сильно зависит от величины поля. Это делает возможным диагностику параметров межзвездной среды около IRC-10414. 5. Была открыта астросфера (инфракрасная оболочка) вокруг эмиссионной звезды Wray 16-137. Для этого были использованы архивные данные космического телескопа «Спитцер». Проведенный нами спектроскопический и фотометрический мониторинг Wray 16-137 привел к обнаружению радикальных изменений в спектре звезды и ее яркости за последние три года, что свидетельствует о том, что эта звезда является «истинной» яркой голубой переменной звездой -- пятнадцатой по счету звездой этого типа в Нашей галактике. Результаты открытия опубликованы в журнале MNRAS.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Проект направлен на исследование областей взаимодействия звездных ветров с окружающей около- и межзвездной средой (возникающие при этом газодинамические структуры называют астросферами или, иногда, звездными пузырями). Большинство астросфер наблюдается за счет инфракрасного излучения от пылевой компоненты. При этом, распределение пыли в астросфере может соответствовать глобальной структуре астросферы (в частности, пыль может скапливаться вблизи контактной поверхности и ударных волн), но также может иметь характерные особенности в зависимости от массы и заряда частиц. Поэтому для анализа имеющихся наблюдательных данных необходимо иметь модель астросферы с учетом распределения пыли. Работа в рамках данного проекта в 2015 г. велась по двум основным направлениям: 1) разработка программного кода для моделирования распределения пыли в астросферах, проведение расчетов параметров пыли для различных астросфер и анализ результатов; 2) использование моделей и подходов, разработанных в рамках проекта, для объяснения наблюдаемых астрофизических явлений, а также для анализа данных измерений потоков межзвездной пыли в гелиосфере. В течение года нами были получены следующие важнейшие результаты: 1. Была разработана трехмерная МГД модель астросферы с учетом внутреннего (звездного) и внешнего (межзвездного) магнитных полей, а также пылевой компоненты. Модель позволяет проводить расчеты в широком диапазоне параметров звездного и межзвездного ветров. 2. Был разработан алгоритм, позволяющий автоматически находить интеграл от концентрации пыли вдоль произвольного луча зрения и таким образом визуализировать астросферу и проводить сравнение с данными наблюдений. 3. В результате проведенного параметрического исследования для частиц пыли различной массы выявлено несколько характерных особенностей в распределении концентрации пыли в астросферах, которые позволяют дать качественное объяснение наблюдаемым структурам. В частности, для частиц, гирорадиус которых сравним с характерным размером астросферы, снаружи астропаузы наблюдаются периодические максимумы и минимумы плотности пыли. Подобные структуры наблюдаются в астросферах некоторых звезд (например, beta CMа, J140118 и tet Car). 4. Нами было получено доказательство того, что необычная форма остатка сверхновой RCW86 (сферическая оболочка с пекулярным выступом) является отражением формы астросферы, образованной ветром движущейся массивной звезды -- предшественницы сверхновой. Проведенные нами наблюдения показали, что рентгеновский источник [GV2003] N в центре пекулярного выступа представляет собой тесную двойную систему, состоящей из нейтронной звезды и звезды солнечного типа. Это делает [GV2003] N первым известным примером нейтронной звезды в двойной системе с маломассивным компаньоном, расположенной внутри молодого остатка сверхновой. 5. Было проведено моделирование распределения межзвездной пыли в гелиосфере с учетом как эффектов гелиосферного ударного слоя, так и эффектов, связанных с изменением конфигурации солнечного магнитного поля в течение 22-летнего цикла. Показано, что оба типа эффектов значительно влияют на распределение пыли и их необходимо учитывать для корректного анализа данных измерений. 6. Проведено моделирование и первичный анализ потоков межзвездной пыли, измеряемой в гелиосфере на аппарате Улисс. Показано, что для объяснения данных необходимо учитывать нестационарные эффекты, связанные с изменением наклона гелиосферного токового слоя в течение цикла солнечной активности. 7. Проведено исследование влияния силы натяжения магнитных силовых линий поля звезды на топологическую структуру астросферы. Показано, что эта сила может приводить к образованию двух джетов - потоков звездного ветра в направлениях параллельных оси вращения звезды . 8. Проведено аналитическое исследование эволюции «сверхпузыря», образованного совместным действием звездных ветров и вспышек сверхновых в массивном звездном скоплении. Показано, что тепловое давление внутри пузыря может быть ответственным за образование компактных астросфер вокруг индивидуальных звезд скопления только в случае наиболее массивных скоплений. 9. Проведено моделирование астросферы и области H II вокруг одиночной массивной звезды, движущейся сквозь плотную межзвездную среду. Показано, что инфракрасная арка внутри области HII RCW120 может быть передним краем астросферы вокруг массивной звезды CD-38 11636, движущейся сквозь окружающую среду со скоростью в несколько км/с. Сделан вывод о том, что инфракрасные арки, наблюдаемые внутри многих других областей H II, могут представлять собою края астросфер центральных звезд этих областей. 10. Были исследованы голубой сверхгигант MN18 и биполярная астросфера вокруг него. Сравнение обилия азота в этой и других подобных астросферах вокруг голубых сверхгигантов показало, что астросферы этого типа могут образовываться как вскоре после того как звезда закончила эволюцию на главной последовательности, так и на заключительных стадиях эволюции, предшествующих вспышке сверхновой. Был сделан вывод, что образование биполярных астросфер вокруг голубых сверхгигантов скорее всего связано с тем, что эти звезды являются или были членами тесных двойных систем. 11. Были исследованы кандидат в LBV-звезды MN44 и кольцевая туманность (астросфера) вокруг него.Были обнаружены значительные изменения в спектре, яркости и радиальной скорости MN44. Эти изменения доказывают, что MN44 является истинной LBV-звездой и указывают на то, что она находится в массивной двойной системе. Исследование спектров астросферы MN44 и сгустка вещества к северо-западу от астросферы показало, что обилие азота в примыкающей к астросфере части сгустка в несколько раз превышает солнечное значение. Это служит указанием на то, что сгусток является межзвездным облачком, взаимодействующим с астросферой MN44.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проект направлен на исследование областей взаимодействия звездных ветров с окружающей около- и межзвездной средой (возникающие при этом газодинамические структуры называют астросферами или, иногда, звездными пузырями). Большинство астросфер наблюдается за счет инфракрасного излучения от пылевой компоненты. При этом, распределение пыли в астросфере может соответствовать глобальной структуре астросферы (в частности, пыль может скапливаться вблизи контактной поверхности и ударных волн), но также может иметь характерные особенности в зависимости от массы и заряда частиц. Поэтому, для анализа имеющихся наблюдательных данных необходимо иметь модель астросферы с учетом распределения пыли. Работа в рамках данного проекта в 2016 г. велась по трем основным направлениям: 1) развитие магнитогидродинамической модели астросферы путем включения нестационарных эффектов, связанных с изменением параметров звезды в ходе ее эволюции, а также учета динамического влияния пылевой компоненты; 2) развитие численной модели распределения пыли с учетом силы трения, а также значительного радиационного отталкивания; 3) анализ и обработка наблюдательных данных и объяснение наблюдаемых структур астросфер (IRAS 18153-1651, RCW 86, Vela X-1). В течение года нами были получены следующие важнейшие результаты: 1. Разработана самосогласованная двухкомпонентная газопылевая модель астросферы с учетом силы трения между заряженной компонентой и частицами пыли. При этом в модели учитывается как прямое влияние силы трения на пыль, так и обратное влияние на течение плазмы за счет дополнительных членов (источника импульса и работы сил трения) в МГД уравнениях. 2. Показано, что пыль оказывает значительное динамическое влияние на течение плазмы в астросфере, если ее массовое содержание по отношению к протонам достаточно высокое (~10%). 3. Разработана нестационарная версия магнитогидродинамической модели астросферы с учетом временных вариаций параметров звездного ветра и межзвездной среды. 4. Проведено параметрическое исследование для различных периодов колебаний параметров звездного ветра (звездный цикл). Показано, что эти колебания приводят к значительным колебаниям параметров звездного ветра во внутреннем ударном слое (между внутренней ударной волной и астропаузой). При этом колебания тангенциального разрыва (астропаузы) и параметров газа во внешнем ударном слое оказываются незначительными во всех рассмотренных случаях. 5. Исследована зависимость геометрической структуры астросферы от темпа потери массы звезды. Показано, что в случае частично-ионизованной межзвездной среды, эта зависимость качественно отличается от аналитической, имеющей место в случае чистой газовой (или магнитогидро-) динамики. 6. Проведено исследование структуры астросфер вокруг звезд с сильным радиационным отталкиванием. Показано, что динамическое влияние пыли на течение плазмы с учетом сильного радиационного давления может быть существенным даже при небольшом массовом содержании пыли. 7. Предложено объяснение наблюдаемой формы астросферы вокруг двойной системы VelaX-1. Показано, что асимметричная форма астросферы может быть получена в рамках нестационарной модели с заданным наклонным скачком плотности и температуры межзвездной среды, набегающим на астросферу. 8. Предложен способ удаленной диагностики магнитного поля звезды в случае, когда наблюдаемая структура астросферы содержит джеты, истекающие в направлении оси вращения звезды. Подобные структуры образуются за счет влияния азимутального магнитного поля звезд. Рассмотрение первых интегралов исходной системы МГД уравнений в рамках задачи об истечении замагниченного источника в среду с противодавлением позволило получить связь между наблюдаемой геометрической структурой астросферы и магнитным полем звезды. 9. Открыта оптическая арка внутри ИК-оболочки IRAS 18153-1651 и показано, что центральная звезда оболочки состоит из двух В-звезд раннего типа: B1 V и B3 V (звезда 1 и звезда 2). Сделаны выводы о том, что 1) оптическая арка и ИК-оболочка являются, соответственно, звездным пузырем (астросферой) и областью H II, образованные ветром и ионизирующим излучением звезды 1, и 2) что обе звезды являются наиболее массивными членами молодого звездного скопления, масса которого примерно равна 100 солнечным массам. 10. Показано, что остаток сверхновой RCW 86 может являться результатом взрыва сверхновой богатой кальцием (Ca-rich SN), что имеет важное значение для понимания природы этих быстрых и слабых транзиентов. 11. Предложено объяснение образования Ca-rich SN, основанное на коллапсе ядра массивной звезды с начальной массой порядка 8–12 солнечных масс, потерявшей большую часть массы в результате взаимодействия с компаньоном по двойной системе.