Введение
СОДЕРЖАНИЮ
3
1. Вычисление возрастов РГП систем......................................................... 13
1.1 Метод июхрои....................................................................... 14
1.2 Метод греков .......................................................................... |7
13 Сравнительный акалиi менмов................................................................19
1.3.1 Тееюии каталога..........-..............................................................19
13.2 Влившее конвективного проникновения .....................................................-20
1.3.3 Причины ошибок в определении возрветв ГДС .............................................23
1.3.4 Сравнение с результатами других авторов.................................................29
1 3.5 Особенности моделей Maeder, Mcynct и CUrct, Gimenez „................................ 33
13.6 Сравнение с аотрлетами скоплений ...................................................... .34
2. Эволюционная снять разделенных и кошакшых ТДС................................................37
2.1 Зависимости М -Л......................................................................... 37
2.2 Зппмсимость Sp-P..........................................................................41)
23 Зависимость AR- &....................................................................... 43
2.4 Зависимость Л ........................................................... 47
2.5 Зависимость степень наполнения ВКП - Р ..................................................49
2.6 Диаграмма Каретникова.....................#%.........................*...................50
2.7 Зависимость Р- q......................................................................... 52
2.8 Современные пространственные рас предел синя ГДС..........................................55
2.9 Начальные пространственные распределения ТДС..............................................62
2.10 Современная и Начальная Функции Масс РП1 систем.........................................65
3. Оценки шкал кон гакгизации и слияния и ТДС .............................................. 67
3.1 Учет яотерв ОУМ в ТДС....................................................................67
33 Построение шкалы перехода РГП-4—KNV ......................................................70
33 Построение шкалы перехода РГП-frKW ......................................................72
3.4 Построение шкалы перехода -KW-+KW...,................................................. 74
3.5 Сравнение ста шеткки РГП м-KW, KW систем ............................................ .76
3.6 Оценка шкалы слиянии компонентов KW систем ............................................ 79
3.6.1 Опенка шкалы слияния и модели одностороннего перетекание ..............................80
3.6.2 Оценка шкагш слияния в модели контактной ДС на НГП ................................... 82
3.63 Сравнение шкал слияния в моделях fcggen. Iben и van’t Vecr............................. 84
3 64 Голубив бродят как продукт слияния KW систем ......................................... 88
Заключение ..................................................................................94
Литература................................................................................. 96
Приложение! ............................ -.................................................100
Приложение !.................................................................................125
Приложение 3............................................................................... 135
. . . . .!•* . V I <‘V
ВВЕДЕНИЕ
История изучения звездных Двойных Систем (ДС) уходит в 17-ый век. Рнччоли, Майер, Гудрайк были пионерами в области наблюдений двойных звезд. Первые систематические наблюдения и каталогизация двойных звезд по праву принадлежат Вильяму Гершелю (1), который своими работами по определению параллаксов, периодов обращения, изменения относительных положений доказал существование физически связанных между собой ДС.
Эра точных и планомерных измерений ДС началась с работ В. >1. Струве, который разработат методику наблюдений двойных звезд, включающую поиск ДС, определение их экваториальных координат, микрометрические измерения относительных расстояний и позиционных углов. Впервые в план систематических наблюдений Тесные Двойные Системы (ТДС) были включены В. Я. Струве в 1822 году в Дерите (ныне Тарту. Эстония), а с 1839 сода, после установления в Пулковской обсерватории нового рефрактора (на тот момент самого большого в мире) уже сын В. Я. Струве - Огто Струве включил в план наблюдения как ранее открытые ДС с заметными относительными движениями, так и более тесные ДС, которые не были замечены прежними наблюдателями [1].
По мере накопления наблюдательного материала возникла необходимость составления сводных каталогов двойных звезд. В 1906 году Бернем составил каталог, содержащий сведения о 14000 пар от северного полюса до -31° склонения. В 1932 году Айткен издал новый генеральный каталог ADS, включающий 17180 звезд в области неба от северного полюса до полярного расстояния 120", удовлетворяющих кри терию:
Igp < 2.8-0.2-т, (I)
где р - взаимное расстояние в секундах дуги, т - суммарная видимая величина звезд пары. В 1962 году число известных звездных пар на всем небе составляло -40 000 [1]. По данным за 1986 год число открытых визуально-двойных звезд
j
(включая широкие пары) превышало 60 ООО (2), из них лишь 10 ООО измерялись более или менее регу лярно, а число спектрально-двойных звезд составляло болсс 3000, приблизительно для 1000 из них вычислены элементы орбит; затменно-переменных звезд известно свыше 4000 [3].
Современный период исследования ДС справедливо связывают с космическим экспериментом HIPPARCOS, в рамках основной миссии которого было изучено 11434 программных ДС и зарегистрировано 3000 новых двойных звезд с данными об их параллаксах, определенных с высокой точностью (0‘.002), собственных движений и звездных величинах [4].
В динамическом смысле двойная звезда - система из двух светил, обращающихся вокруг общего центра масс - очень стабильна. Она была бы практически вечной, если бы не влияние соседей и физическая эволюция се собственных компонентов. Тем не мснсс, внутренняя механическая устойчивость гарантирует ДС длительное существование. Поэтому около половины всех звезд в Галактике объединены в ДС, размеры которых лежат от -0.007 а. е. до 70000 а. с. [5]. Такая высокая распространенность ДС позволяет изучать природу самих звезд и проблемы происхождснття и эволюции звезд.
Кинематическое определение ДС - система, у которой полная энергия является отрттнательной - эквивалентно геометрическому определению, которое заключается в том, что движение ДС осуществляется в ограниченной области пространства.
Объектами настоящего исследования являются ТДС, двойственность которых установлена фотометрически или спектроскопически. Эти ТДС были взяты из «Каталога приближенных фотометрических и абсолютных элементов затменных переменных звезд» Свсчттнкова, Кузнецовой [6]. Данный каталог включает сведения о 437 РГП, 153 -KW, 304 KW, 462 КР системах с известными спектрами и спектрами, оценёнными из соотношения «масса спектр», причем из них 273 РГП, 67 -KW, 66 K.W, 121 КР системы имеют известные спектры главных компонентов Эр,.
Эти сокращения, отражающие эволюционный статус ТДС, приняты согласно классификации Свечникова и др. (7) и приводятся ниже:
РГП - "Разделённые системы Главной Последовательности (ГП)" - ТДС с обоими компонентами, расположенными в пределах ГП.
-KW - "системы подобные KW, или известные в научной литературе еще как короткопсриодическис RS CVn" - маломассивные системы спектральных классов F-5-K, не являющиеся контактными, но более тесные, чем РГП системы с такими же массами и обладающие по многим характеристикам сходством с системами типа KW.
KW - "Контактные системы типа W UMa" - с обоими компонентами, сравнительно близкими к соответствующим Внутренним Критическим Поверхностям (ВКП), с периодами < 0.d5 и спектрами г лавных компонентов Sp/t более поздними, чем a F0.
КР - "Контактные двойные Ранних спектральных классов" - системы, у которых оба компонента близки по размерам соответствующим ВКП, периоды превосходят 0.d5 и Sp, не позднее, чем % F0.
ПР - "Полуразделенные системы" системы, в которых более массивный компонент является звездой ГП, а менее массивный спутник - субгигант, близкий по размерам к соответствующей ВКП. Численность IIP систем с P<l.d2 (известных еще как R СМа) в каталоге [6] составляет 485 ДС.
Целью представляемой диссертационной работы является доказательство существования двух эволюционных цепочек для маломассивных РГП систем в зависимости от их орбитального периода:
1. маломассивные РГП системы с 1Н,<\.5 ill, и Р<,5Л последовательно проходят
следующие этапы своей эволюции:
- стадия предконтактных -K.W систем;
- стадия контактных KW, или типа W UMa, систем с Р<0. 4;
- стадия слияния компонентов контактных систем, в результате которой
образуются объекты типа «Голу бые Бродят» ГБ.
РГП -> -KW KW -> ГБ
(Л,<1 (PS 0/4)
2. маломассивные с и 1?2<Р&2*.5 РГП системы последовательно
эволюционируют через:
- стадию короткопсрнодичсских ПР систем типа R СМас/^І.*^ и д=0.5+0.2, на которой происходит перемена ролей компонентов;
- стадию маломассивных, короткопсриодическнх КР систем с Sp\, изменяющимся в пределах A2-e-F2, Р<.I'' и ?<0.5, в которых устанавливается контакт посте перемены ролей;
- стадию контактных KW. или типа W UMa систем с 0.л 4</,<0.'3 5;
- стадию ГБ.
РГП -» ПР -► КР -> KW -> ГБ
<1 1J2<^S2^5) (ЛЛ d2,<pO.SHX2) {PSl^qO.S) (0.'4S/><0*5)
Также в рамках диссертационной работы был составлен автором совместно с Перевозкиной и Свечннковым и статистически обработан «Каталог предконтактных систем с известными фотометрическими и (в большинстве случаев) спектроскопическими элементами орбит», который представляет собой обновленную версию ранее опубликованного каталога Свечникова [8]. Новый каталог содержит 33 ~ KW системы.
В работе получены и выносятся на защиту следующие результаты:
1. На базе теоретических эволюционных звездных треков Maeder, Meynet [9J. Claret, Gimcncz [10] развиты и апробированы на данных каталогов (6, 11-13] оригинальные способы определения возрастов РГП систем - метод изохрон и метод греков - с описанием точности предложенных методов, их сравнительного анализа и отождествления полученных возрастов РГП систем с возрастами скоплений.
2. Изучен ряд статистических диаграмм для указанных классов ТДС на базе данных каталога [6] для выявления эволюционной связи между разделенными и контактными типами ТДС:
- масса главного компонента - большая полуось системы - А;
- спектр главного компонента - орбитальный период системы 5/>/ - Р;
- избыток радиуса компонента - масса компонента ЛИ- М,
избыток светимости компонента - масса компонента А Мш -
- степень наполнения ВКП -орбитальный период системы - Р;
- диа1 рамма Карс(никова [ 14] г- г) ~ Я/Ягр1т;
- орбгггальный период системы - отношение масс компонентов Р~ Я-
3. Построены и визуализованы в виде «карт интенсивностей» начальные и современные распределения пространственных плотностей ТДС указанных типов
в 1 нк'в окрестности Солнца с учетом индивидуальной вероятности открытия ТДС как затмснно-псрсмснной, индивидуального объема, в котором наблюдаются системы данного типа до заданной предельной звездной величины и эффектов наблюдательной селекции.
4. По данным каталога [6] рассчитана шкала контактизацми - время, за которое типичная маломассивная, короткопериодическая РГП система сначала превращается в пред контактную -~К\¥ систему типа короткопериодической ЯЭ С\гп, а затем эволюционирует в контактную К\У систему солнечного типа (\У иМа). Эволюционные переходы вида РГП-т~К\У и -К№-»КЛУ обусловлены наведенным вращением динамо во внешней конвективной зоне н последующим торможением тепловым магнитным звездным ветром в предположении синхронизации осевого вращения и орбитального обращения, приводящего к сближению компонентов [15].
5. Выполнена оценка времени слияния компонентов контактных систем типа КЛУ по данным каталога [6] в шкале потери Орбитального Углового Момента (СУМ) и потери массы из системы на базе двух моделей:
?
- Модель одностороннего перетекания вещества с главного компонента на спутник, заключенных в общую оболочку - сценарий Eggen, Iben [ 16]:
- Модель контактной системы типа W UMa на Начальной Главной Последовательности (НГП) с теряющим массу спутником - сценарий van't Veer
[17].
6. По соотношению возрастов старых скоплений и времени, затрачиваемого на образование продуктов слияния компонентов ТДС типа W UMa, по данным обзора Stryker [18] сделано отождествление сливающихся компонентов с объектами класса ГБ. населяющих старые скопления.
7. Обновленная версия каталога предконтактных систем с хорошо изученными фотометрическими кривыми блеска и кривыми лучевых скоростей и его статистическая обработка.
Содержание пункта 1 подробно изложено в Главе 1 в сопровождении расчетов, представленных в Приложении!; пункты 2 нЗ рассматриваются в Главе 2; пункты 4-6 описаны в Главе 3 и Приложении 2; полная информация по пункту 7 дается в 11рнложенин 3.
Новизна результатов диссертационной работы:
- впервые на основе большого материала «Каталога приближенных фотометрических и абсолютных элементов затменных переменных звезд» Свешникова. Кузнецовой [6], составленного на основе ОКПЗIV были последовательно изучены и описаны по времени сгадни эволюционного превращения маломассивных, короткопсрноднчсскнх разделенных ТДС в одиночные объекты класса I'B (в исследование вовлечено 1840 систем изучаемых типов);
- разработана оригинальная «сеточная» методика оценки возрастов разделенных двойных систем по изохронам и трекам;
- впервые рассчитаны и количественно интерпретированы начазьные и современные распределения проезранегвенных плотностей ТДС разных эволюционных типов в зависимости от их физических характеристик с учетом
эффектов наблюдательной селекции и визуализованы в виде так называемых «карт интенсивностей» по ячейкам диаграммы Alg Мх Alg Р;
- впервые для маломасснвныч разделенных ГДС и иредконтакгных систем из каталога Свсчннкова, Кузнецовой [6] были оценены индивидуальные шкалы контакт»зацнн, описывающиеся известным механизмом потери ОУМ через Магнитное Торможение (МТ);
- впервые для контактных систем типа W UMa из каталога Свсчникова, Кузнецовой [6] были оценены индивидуальные шкалы слияния, рассчитанные с помощью модели одностороннего перетекания Eggen, Iben [16] и модели контактной системы, принадлежащей НГН, van’t Veer [l 7]:
- представлена обновленная версия каталога иредконтакгных систем с известными фотометрическими и (в большинстве случаев) спектроскопическими элементами орбит, составленного автором совместно с Псрсвозхнной и Свечннковым на основе ранее опубликованною каталога [8].
Практическая и научная ценность:
- Подход статистической обработки каталогов, состоящий в выявлении и описании эволюционных цепочек, связывающих ГДС, находящихся на различных стадиях эволюции, помогает восстановить целостную эволюционную картину одного и того же класса маломассивных ТДС;
- Методика вычисления возрастов разделенных ТДС на основе сеток изохрон и треков имеет универсальный характер и может быть применена к произвольным эволюционным теоретическим моделям для решения аналогичных задач;
- Методика отождествления объектов одного класса с другим, основанная на соотношении частоты встречаемости этих объектов и длительности их существования может быть полезна при исследовании любых генетически связанных звездных объектов;
9
- Статистический аппарат, позволяющий восстанавливать из наблюдательных данных «истинные» современные и начальные пространственные распределения ТДС по своим физическим характеристикам, широко используется для теоретических исследований эволюции ТДС;
- Современный всеволновой диапазон наблюдений, новые инструментальные возможности, а также внедрение современных методов моделирования и обработки с помощью быстродействующих компьютеров кривых блеска и спектров способствуют значительному увеличению числа хорошо изученных звезд, что, в свою очередь, требует периодически проводить ревизию каталогов, в частности каталога предконтактных систем.
Акту альность диссертационной работы:
- ТДС являются, фактически, основным инструментом для измерения фундаментальных звездных характеристик - масс и радиусов. Количественная интерпретация кривых лучевых скоростей и кривых блеска ТДС, как затменно-псрсмсиных. представляет наиболее полную информацию об их фотометрических и спектроскопических элементах орбиты;
- Использование каталогов, как наиболее надежных источников наблюдательных данных об орбитальных элементах, массах и светимостях звезд с учетом их классификации по эволюционном)' статусу позволяет выявить эволюционные связи между ТДС, находящихся на различных стадиях эволюции в пределах ГП и в фазе “первого обмена массой”;
- В результате современных статистических исследований, позволяющих построить наблюдаемые и исправленные за эффекты наблюдательной селекции распределения ТДС по своим физическим характеристикам, можно оценить:
а) степень эволюционного родства разделенных и контакт ных ТДС;
б) описать предконтактную эволюционную стадию;
в) наложить ряд ограничений на физические характеристики разделенных и контактных ТДС, чтобы сформулировать условия, при которых выполнимы подобные эволюционные переходы;
10
- Учет эффектов наблюдательной селекции для ТДС разных типов позволяет рассчитать «истинную» пространственную плотность ТДС этих типов в 1 пк3 в окрестностях Солниа и сравнить результаты теоретических расчетов эволюции ТДС с данными наблюдений;
- Задача определения возрастов ТДС типа РГП методом изохрон тестирует теоретические звездные эволюционные модели на предмет начального химического состава, нуклеосинтеза и химической эволюции I алакгики;
- В настоящее время широко изучается эволюция маломассивных ТДС с
исследуется скачок пространственной плотности маломассивиых
разделенных и контактных систем в области «запрещенного треугольника» на диаграмме масса главного компонента - большая полуось, обусловленный особенностями образования ТДС;
- Теоретически рассчитываются шкалы контактизацни и слияния компонентов на поздних стадиях эволюции с целью объяснить наблюдательные факты о распространенности контактных систем и объектов класса ГБ в старых скоплениях диска и шаровых скоплениях гало и построить их родительские модели;
По материалам диссертации опубликовано 10 статей, 6 из них в реферируемых журналах; в совместных статьях вклад всех авторов равноценный:
1. G. N. Dryomova, М. A. Svechnikov, “Statistical research in evolutionary genetic relationship of DMS. DW, KW. KE types of double siarsVOdcssa Astronomical Publications, 1999, v.12, p 187-190
2. М. А. Свечников. Г. H. Дремова, Е. J1. Псревозкина, «Определение возрастов звезд типа РГП с извесгными фотометрическими и спсктроскопичссктш элементами», - Каталог орбитальных элементов, масс и светимостей затменных переменных звезд типа РГП и некоторые результаты его статистической обработки, изд-во Уральский Университет. Екатеринбург. 1999, с 58-66
3. М. А. Свечников, Г. Н. Дремова. Е. J1. Перевозкнна. «Определение возрастов звезд типа РГП с известными элементами фотометрической орбнлы и неизвестными спектроскопическими элементами», - Каталог орбитальных элементов, масс и светимостей затаенных переменных звезд типа РГП и некоторые результаты его статистической обработки, изд-во Уральский Университет, Екатеринбург. 1999. с. 122-133
И
4. Г. Н. Дрсмова, М. А. Свечников. «Определение возраста компонентов затменных переменных звезд по моделям Мэдера и Мей нега», - Кинематика и физика небесных тел, 2000, т. 16, N 2,с.169-180
5. G. N. Dryomova. М. A. Svechnikov, “Method of the age estimation for dclachcd MS double systems”, - JEN AM, 9,h European and 5" Euro-Asian Astronomical Society Conference. 2000, Moscow, p. 74
6. Г. H. Дрсмова, М. А. Свечников, «Исследование эволюционной связи разделенных н контактных двойных систем». - Астрономический журнал, 2001, т. 78, N 3, с. 248 - 252
7. Г. Н. Дрсмова, N1. А. Свечников, «Оценка шкал перехода разделенных двойных систем в контактные типа -KW и KW», - Кинематика и физика небесных тел, 2001, т. 17, N2, с 121 133
8. Г. Н. Дрсмова. VI. А Свечников. "Оценка шкап контактюацик и слияния дтя компоненте« контактных систем». • ВАК. Тезисы докладов, СПб.: НИИХ СПбГУ, 2001. с 61
9. Г. П. Дремова. М А. Свечников. «Оценка шкалы слияния компонентов контактных систем nina W UMa». - Астрофизика, 2002. т. 45, N 2. с. 193-202
10. Г. Н. Дрсмова, М. А. Свечников, «Определение возраста тесных двойных систем на ГП по эволюционным моделям Claret, Gimenez» - Астрофизика, 2002, т. 45. N 3 с. 419 - 434
Материалы диссертации докладывались на:
- Международной конференции памяти Гамова GM1C-99 в Одессе, 16-22 августа 1999.
- Международной конференции JF.NAM-2000 в Москве. 29 мая - 3 июня 2000 года;
- ВАК-2001 в Санкт-Петербурге, 6-12 августа 2001;
- Международных студенческих научных конференциях «Физика космоса» в Коуровской обсерватории (каникулярная Зимняя Астрономическая Школа) в периоде 1999 - 2002 гг.,
- Научных семинарах кафедры теоретической физики ЧелГУ (4 апреля. 16 мая. 19 сентября.
31 октября 2002 г.);
- Научном семинаре астрофизических отделов ГАО РАН (9 апреля 2002 г.);
- Научном семинаре кафедры астрофизики СПбГУ (11 апреля, 2002 г.);
- Научном обшем семинаре кафедры астрономии и геодезии и АО УрГУ (23 сентября 2002); -Научном объединенном семинаре ИНАСАН (26сентября 2002 г.).
п
- Київ+380960830922