Астрометрическое исследование избранных близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками по наблюдениям в Пулкове

ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................6
ГЛАВА I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗВЕЗД
С ТЕМНЫМИ СПУТНИКАМИ...............................................39
§1 Исторический обзор................................................39
1.1.1. История обнаружения невидимых тел по возмущениям ...........39
1.1.2. Накопление наблюдательного материала
и разработка хсетодики обработки...................................42
§2 Современное состояние проблемы ...................................54
1.2.1. Поиски внесол ночных планет ................................54
1.2.2. Дискуссия о природе и эволюции планетных систем.............66
1.2.3. Основные результаты наблюдений экзопланет...................72
1.2.4. Поиски объектов субзвгзднок массы...........................73
1.2.5. Используемые инструменты и технологии для
поисков невидимых объектов малой массы.............................77
1.2.6. Скрытая масса и поиски темных компактных объектов...........79
ГЛАВА II. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА ЗВЕЗД
ПУЛКОВСКОЙ ПРОГРАММЫ ..............................................85
§1 Параметры пулковских астрографов..................................85
§2 Пулковская программа наблюдений звезд с невидимыми спутниками 89
2
§3 Сравнение визуальных и автоматических измерений. Оценка точности 96
§4 Обработка измерений. Определение относительных положений..............101
ГЛАВА П1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ
И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИССЛЕДУЕМЫХ ЗВЕЗД 105
§1 Исследование двойной звезды ADS 5933 (6 Близнецов)....................105
3.1.1. История наблюдении 6 Близнецов..................................105
3.1.2. Наблюдения |5 Близнецов в Пулкове...............................10S
3.1.3. Выводы ..........................................................123
§2 Исследование движения звезды Лаланд 21185 .............................124
3.2.1. История наблюдений Лалавд 21135.................................124
3.2.2. Результаты наблюдений Лаланд 21185 в Пулкове....................124
3.2.3. Выводы..........................................................135
§3 Исследование движения звезды АС 48*1595/1589 (Глизе 623)............. 137
3.3.1. История наблюдений Глизе 623....................................137
3.3.2. Измерения и обработка Глизе 623 А...............................137
3.3.3. Определение орбиты фотоцентра Глизе 623А........................143
3.3.4. Выводы..........................................................149
§4 Исследование движения двойной звезды ADS 11632........................151
3.4.1. История наблюдений ADS 11632................................... 151
3.4.2. Измерения и обработка ADS 11632................................ 151
3.4.3. Выводы..........................................................161
3
§5 Исследование движения звезды 51 Пегаса ...........................164
3.5.1. Первые астрометрические наблюдения 51 Пегаса в Пулкове .....164
3.5.2. Измерения и обработка.......................................165
3.5.3. Относительные положения 51 Пегаса...........................166
3.5.4. Определение кинематических параметров. Исследование невязок — 170
3.5.3. Перспективы астрометрических наблюдений 51 Пегаса...........171
§6 Предварительные результаты наблюдений 61 Лебедя (ADS 14636)...... 174
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕВЯЗОК. ВЫЯВЛЕНИЕ
ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ДВИЖЕНИИ ЗВЕЗД..........................180
§1 Описание применяемых програм*« и алгоритмов
спектрального анализа..............................................180
§2 Исследование долговременных рядов одиночных
и двойных звезд методами Ткжи, Скаргла и CLEAN.....................184
4.2.1. Характеристики используемых методов ........................184
4.2.2. Полученные результаты.......................................1S6
4.2.3. Примеры и иллюстрации.......................................189
§3 Выводы............................................................196
ГЛАВА V. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОРБИТ
И ОЦЕНКИ МАСС СПУТНИКОВ............................................199
§1.Определение элементов орбит звезд ADS 11632 и ADS 5983............199
5.1.1. Определение элементов орбиты широкой пары ADS 11632.........199
4
5.1.2. Основные выводы по результатам обработки
звезды ADS 11632...................................................204
5.1-3 Определение элементов орбиты ADS 59S3........................206
§2 Определение элементов орбиты фотоцентра
и оценка массы спутника ADS 5983А..................................208
§3 Основные выводы из главы V........................................230
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................232
§1 Окончательные результаты..........................................232
§2 Перспективы измерений и наблюдений звезд программы................234
ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................237
§1 Приложение I. Результаты наблюдении визуально-двойной
звезды ADS 5983 за период 1972-1997 г.г,...........................238
§2 Приложение II. Результаты наблюдении виэуально-двонной
звезды ADS 11632 за период 1962 1997 г.г...........................243
§3 Приложение III. Результаты наблюдений звезды Лаланд 21185
за период 1962 1992 г.г............................................250
§4 Приложение IV. Результаты наблюдений звезды Глазе 623
(АС 48° 1595/1589) за период 1979-1995 г.г.........................254
ЛИТЕРАТУРА.............................................................258
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
Настоящая работа представляет собой исследование движения избранных близких звезд с имеющимися или Предполагаемыми невидимыми спутниками, выявляемыми на основе долговременных рядов фотографических наблюдении по гравитационному воздействию на звезду .
Основа соответствующих работ в Пулкове была заложена руководителями пулковской школы фотографической астрометрии и звездной астрономии С.К.Костинским и А.Н.Дейчем.
Актуальность данной тематики, связанная со стремлением решения во проса о наличии планетных систем у звезд, с выявлением кратных звездных систем, а также с обнаружением темной материи и скрытой массы в различных ее проявлениях, в настоящее время приобрела еще большее значение в связи с: быстро развивающимися отраслями астрономии, уже обогатившими науку открытиями субзвездных объектог5 - коричневых карликов, протоиланетной материи и, наконец, планетоподобных тел, вращающихся вокруг звезд и обнаруженных по возмущениям в движении звезды.
Можно вкратце перечислить основные проблемы астрономии, связанные с обнаружением невидимых спутников у звезд. К ним относятся:
1) поиски, открытия и изучение звезд, имеющих планетоподобные спутники, а также эмпирические и статистические исследования частоты появления или распространения во Вселенной планетных систем и изучение их параметров (см., например, Oudcnot and Mayor, 2000. [lj; Lissauer, 1998. [2j; W'omte-ganfi, 1997, ($J).
К этой проблеме примыкают :
*2) понимание процессов звездообразования и формирования планет на определенных стадиях звездной эволюции, изучение протопланетных дисков вокруг звезд (см., например. Bcust, 1998. j4f).
6
3) оценки верхних пределов масс планет и нижних пределов масс звезд, выводы относительно природы и существования коричневых карликов, т.е. объектов с промежуточной массой, которая меньше массы, необходимой для ядерных реакций, поддерживающих собственную светимость звезды (см., например, /?«г-гои/5, 1998, /5/.)
Наряду с этим представляют большой интерес исследования, связанные с вопросами обнаружения скрытой массы. К ним можно отнести :
4) распределение в пространстве маломассивных объектов с массами менсс
0.2 массы Солнца, обнаружение которых имеет большое значение для определения калибровочных точек в нижней части главной последовательности, или диаграммы масса светимость; причем известно, что эти объекты (маломассивные звезды) недостаточно изучены благодаря их малой светимости и небольшому количеству (см., например, Kopenberger and Л/с Carthy, 1994, (6J.)
5) Другим аспектом изучения скрытой массы является определение звездной плотности в окрестностях Солнца и в диске Гаюктики, а также ; распределение скрытой массы в темном гаю нашей галактики и в других Галактиках. Эта невидимая материя по данным последних экспс»риментов и наблюдений с помощью микролинэировання частичпо состоит из барионного вещества, а именно из темных компактных объектов с массой окаю 0.4 масс Солнца (см., напри-хюр, Lästere, 2000, [7}> а также: Sahn et al. , 2001, (8j).
G) С проблемой обнаружения невидимых спутников связаны также вопросы кратнос/ги звезд и других объектов, оценка иерархической и неиерархической структуры этих систем, их пространственное расположение, вопросы их устойчивости, времени жизни и т.д.
Важную роль вопрос кратности играет в настоящее время н связи с: большим ка!ичеством положений зшод, полученных на основе космических наблюдений. составлениехс каталогов и решением ряда задач звездной астрономии (см., например, Гончаров. Андроноваг 1998, [9J). Актуальных! является так же обнаружение двойственности и кратности тех звезд» которые вхо-
7
дят в систему опорных при определении параллаксов, и кратностью которых можно было пренебречь до тех пор, пока точность астрометрических наблюдений существенно не возрастала; при этом известно, что теоретически возникновение этой проблемы было предсказано ранее (см., например. Van de Kamp, 1981, [10]; Black, 1980, [11); Herczeg, 1984, [12]).
7) Проблема существования планет в системах двойных звезд, возможные внешние и внутренние орбиты этих планет — эти вопросы, связанные с задачей п - тел, не могли решаться в достаточном объеме в докомпьютерную эпоху; в пастоящес время они дискутируется на основе более сложных вычислений и теоретических разработок в рамках небесной механики (см., например, Bettest, 1997, [13[\, также как вопросы эволюции и стабильности орбит внссолнеч-ных планет (см. Соколов, 2001. [14] )
Мы условно отнесли главные вопросы обнаружения невидимых объектов , а также темных спутников у звезд к приведенным выше пунктам настоящего параграфа. Указанные ссылки отражают лишь малую часть теоретических исследований и наблюдательных данных, относящихся к этим вопросам. На самом деле существует очень большое многообразие работ, относящихся к данной теме. Во всяком случае эти данные характеризуют связанные с нашей работой проблемы как чрезвычайно актуальные
К астрометрическим наблюдениям звезд с невидимыми спутниками до недавних пор относились наблюдения их положений и движении, проводимые целенаправленно фотографическим путем с помощью длиннофокусных астрографов методами, неоднократно описываемыми в астрономической литературе Примером могут служить работы Ван де Кампа н Липпинкот (см. Van de Kamp, 1981, [9], LippmcoU, 1978, [15]) к др.
Широко известии работы АН. Дейча, посвященные исследованию звезды 61 Лебедя на основе многолетних рядов наблюдений этой звезды в Пулкове (см. ДН1ч, 1951, [16] ; Дейч, 1957, [18); Дейч, I960, [19); Дейч и Орло-
ва, 1977, (20); Дейч, 1978, [17[).
8
Краткая история наблюдении в Пулкове 61 Лебедя, а также других звезд с заподозренными планетоподобными компонентами, была представлена автором диссертации на конференции "Планетные системы • взгляд издалека” н 1997 году вБлуа (Франция) и содержится в работах: Shakht, 1998, (21); Grosheva, Shakhtet ai , 1998; /22)). Некоторые последние данные, посвященные астрометрическим наблюдениях« и обработке измерений на пулковском автоматическом комплексе (АПК) "Фантазия* звезд: 61 Лебедя, 51 Пегаса и 6 Близнецов с иред-полагаехсыми невидимыми спутниках!«, были представлены на Всероссийской астрономической конференции 2001 года (см. Горшанов и др. 2001, (23), Шали и др., 2001, (Цг 25) ).
Песхсотря на то. что сейчас для решения этих задач применяется большое количество разнообразных методов: исследование лучевых скоростей, радиоастрономические наблюдения , спекл-интерферомстрия. фотометрия, а также наблюдения с помощью космических аппаратов, основным инициатором этих наблюдений явилась в свое время наземная астрометрия, и, в частности, «^иугогра-фическая астрометрия. Выполненные с помощью фотографических наблюдений исследования и полученные в течение многих лет однородные ряды сохранили свою актуальность в качестве рядов сравнения с наблюдениями другого рода, а также в качестве материала, пригодного для выявления спутников с достаточно длительными периодах»« обращения (до нескольких десятков лет).
Круг исследований, выполненных в рах«ках настоящей диссертационной работы, непосредственно связан с решением проблем, перечисленных в пунктах 1, 3, 4, 6, что и определяет актуальность темы диссертации.
Цели, задачи и методы исследования.
В наиболее общей форх«улировке. целью работы было создание на длиннофокусном астрографе однородных, плотных и высокоточных рядов фотографических наблюдений близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками и исследование влияния спутников на движение этих звезд, причем конкрет-
9
нон эвдачей было исследование движения пяти звезд программы: ADS 5983 («5 Gem), Ладанд 21185, Плизе 623, ADS 11632 и 51 Пегаса.
В работ«; предполагалось определение собственных движений и параллаксов исследуемых звезд, а также орбит двойных звезд для анализа возможного периодического хода в невязках О-С, вызываемого влиянием спутника на прямолинейное движение одиночной звезды или на относительное орбитальное движение двойной звезды.
Так как, согласно предварительным оценкам, массы некоторых из спутников предполагались достаточно малыми, близкими к планетным и к субзвсздным (окаю 0.01 Л/0), а у звезды ADS 5983 (б Gem ) масса заподозренного спутника могла быть около 10 А/О, предметом исследования был анализ возмущений, различающихся по величине амплитуды, и оценки достаточно широкого диапазона масс.
В работе предпа»агалось исследование некоторых методов спектрального анализа для уточнения их наиболее оптимального применения в конкретиых случаях н для конкретных объектов - звезд с темными спутниками.
Одной из целей данной работы было исследование автоматического измерительного комплекса (АИК) "Фантазия” применительно к конкретным рядам наблюдений звезд с темными спутниками и разработка методики измерений и обработки.
В работе методами моделирования и тестирования иредтмагалось также определить возможности пулковских наблюдательных рядов для получения соответствующих масс и периодов спутников в зависимости от протяженности и точности конкретного ряда.
В работе были испа!ЬЗованы следующие методы исследования:
1) Наблюдения избранных звезд с помощью длиннофокусного астрографа; 2) использование высокоточного измерительного комплекса (АИК) "Фантазия1' для измерения астронегативов; 3) па»ученне относительных координат исследуемых звезд по астронегативам с наиболее точной редукцией, с контро-
10
лем точности отдельных пластинок и назначением соответствующих весов при определении кинематических и динамических параметров этих звезд, улучшение точности путем автоматических измерений ;4) применение методов математического спектрального анализа для исследования возможных периодических составляющих в движении звезд, вызванных влиянием спутника определение орбит двойных звезд с контролем по отдаленным но времени наблюдениям и исследование полученых разностей О-С.
Крут конкретных задач, решаемых в рамках диссертационной работы, выглядел следующим образом:
1. Наблюдения на 26" рефракторе выбранных звезд с достаточно плотным распределением по времени.
2. Измерение и обработка. Составление компьютерных программ для обработки и хюделирования.
3. Сравнение систем визуальных и автоматических измерений на всех этапах исследования, начиная от опенки внутренней и внешней точности и копая вычислением орбиты фотоцентра и орбиты видимой широкой пары по измерениям в этих двух системах.
4. Выявление периодических составляющих в движениях звезд, сравнение их с контрольных! объектом. Оценка возможности альтернативного объяснения периодического хода О-С, а их*енко, их нег|>авитационного характера.
5. Оценка нижнего предела масс выявленных спутников.
6. Оценка пределов возможностей и перспектив фотографических наблюдений в Пулкове для решения задач, поставленных в дкссерташш, а также для обработки других рядов наблюдений.
Общий результат работы.
В диссертации представлен и проанализирован фотографический материал для 5 объектов програхсмы, представляющий собой 550 пластинок, полученных на 26" рефракторе в 1960-2000 г.г.
11
Кроме того, дополнительно под руководством автора настоящей диссертация , Д -Л .Горшановым был произведен анализ ряда наблюдений на 26" рефракторе звезды 61 Лебедя, измеренной в настоящее время на автоматической матине "Фантазия". Предварительные результаты этого исследования, основанного на 260 пластинках, полученных в 1961-1997 г.г., были приведены в общем докладе с соавторами на Всероссийской Астрономической конференции 2001 (см. Горишнов и др. , 2001, (23}.)
Результаты анализа данных наблюдений позволили выделить две звезды с достаточно уверенно определяемыми невидимыми компонентами, а именно :
1) ADS 5983 (6 Gem) (см. Шахт, 1988, (26}, Шахт, 2000, (27}) и
2) Глпзе 623 (ЛС4$°1595/1589), (Shakht. 1997, (28}), а также предположить наличие двух планетоподобных спутников у звезды ADS 11632 ( Шахт, 1984, (29}, Шахт и др. 1999, (30}.)
Кроме того, были заложены первые эпохи наблюдений звезды 51 Пегаса (Shakht et at., 1997, (31}; Grosheva, Shakht et at., 1998, (22j) и был решен вопрос об отсутствии спутников с выделенным диапазоном масс и периодов у этой звезды, а также у звезды Лаланд 21185 (Shakht, 1992, (32}).
Научная новизна
В диссертации представлены следующие новые результаты:
— Впервые и единой системе фотографических наблюдений на пулковском 26" рефракторе были получены длинные, плотные и однородные ряды положении избранных близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками. Эти ряды протяженностью до 30 лет и выше позволяют с соответствующей точностью выявлять периоды возмущений от 3.5 до 15 лет в зависимости от амплитуды. Эти наблюдения использовались затем в ряде работ (см., например, Киселев и др., 1988, (33}, Шахт, 1998, (34}) для решения различных задач, в частности, для исследований этих временных рядов с применением методов спектрального анализа, для определения динамических и кинематических параметров этих звезд и для определения орбит двойных звезд ADS 11G32 и ADS
12
5983 (<5 Gem). При этом 28 летний ряд астрометрических наблюдении с дифракционной решеткой ADS 5983 (<5 Gem), состоящий из 104 пластинок ( ока«» 1000 отдельных положении) двойной звезды с компонентами разной яркости, не имеет аналогов наблюдений этой звезды по протяженности, но однородности и ио точности фотографических наблюдений, (см., Worley, Douglass, 1996, WVD Catalogue, /35]).
-Впервые была поставлена и целенаправлено решена задача внедрения автоматического измерительного комплекса "Фантазия” в процесс обработки фотографического материала, накопленного за долгие годы и представляющего собой наблюдения двойных и одиночных звезд с невидимыми спутниками по пулковской программе. При этом решение данной задачи включало в себя как методические разработки, так и контроль по получаемым динамическим и кинематическим параметрам исследуемых звезд и по выявляемым периодам возмущений в движении этих звезд.
— Автором диссертации впервые на основе одиородиых фотографических наблюдений этой звезды на 26" рефракторе за период 1972 1984 г.г. было установлено, что третий компонент системы ADS 5983 при периоде 6 ± 1 год имеет достаточно малую массу > 0.2 Л/0, причем выявленная амплитуда смещения составляет всего 0."020, ( Шахт, 1988, (86J), что подтвердилось при дальнейших исследованиях на интервале наблюдений 1972 1999 г.г. (см. ( Шахт, 2000, [21]).
До этого решался вопрос о наличии релятивистского спутника (с массой около 10 Л/0) и с периодом обращения 6.1 год, у этой звезды , (см. Zd-dowich, Gusseinov, 1966, (36}; Trimble, Thome, 1969, [87], Гуг.сейнов, Новрузо-ва, 1971, (38]) , причем предпринимались различные попытки проверить гипотезу о природе спутника путем наблюдений. В результате на основе спектроскопических и позиционных наблюдений был сделан вывод об отсутствии шестилетнего периода возмущений в движении этой звезды и об отсутствии спутника как релятивистской, так и звездной природы с таким периодом обращения (см. Блин-никое, Птицын, 1971, [S9] н Ахундова, Гуссейнов, 1972, [40]). Очевидно, что
13
тогда но было достаточно однородных и продолжительных рядов астрометрических и спектроскопических наблюдений этой звезды. При этом предполагаемый спутник не был обнаружен также при спекл-наблюдениях ю-эа недостаточного разрешения (см. Bonneau et al., 1984, [41) t Hùrtkoph , A/c Alisier, 1984, [4%])- В настоящее время по наблюдениям Hipparcos (43) опубликованы элементы предварительной орбиты фотоцентра главной звезды ADS 5893 А , описываемой под влиянием темного спутника с периодом 6.1 год. где большая полуось орбиты, равная 0.я014 , согласуется с полученной нами ранее амплитудой смещения и с соответствующей малой массой спутника.
Впервые но 30 - летнему ряду наблюдений было вычислено вековое перспективное ускорение q. равное 0."00017 ± 0.00007 "/госР, для одной из самых близких к Солнцу звезд Лаланд 21185 не только по проекциям координат а и <5, но и по направлению движения /г, а также по изменениям собственного движения в разных точках наГхэюдательного периода, что даю возможность оценить геометрическую лучевую скорость по величине q и уточнить природу згой звезды (см.Shakkt, 1992, [Щ.
Было подтверждено наличие спутника у звезды Глизе 623 (АС,48°1395/1589) (сw.Shokht, 1997, j28)). Получены элементы орбиты фо* тоцентра. Большая полуось орбиты а, равная 0".052 ±0."006, оказалась наиболее устойчивым параметром. Нижний предел массы спутника 0.090 ± 0.030А/О рассчитанный с ее учетом и с полученным нами параллаксом согласуется с оценкой массы спутника, сделанной Барбери и др. Barbieri et ai 1996, [134} и несколько превышает границы субзвоэдной массы, и свидетельствует о том, что спутник Глизе 623 скорее является звездным объектом, чем коричневым карликом, как допускалось в работе Липнинкот и Боргмана (Lippincott, Bergman, 1978, /^5/) - По инициативе airroj>a в 1995 году впервые начаты планомерные астрометрические наблюдения звезды 51 Пегаса, как только у этой звезды по наблюдениям лучевых скоростей был выявлен планстоподобный спутник с периодом 4.2 дня и массой 0.44 массы Юпитера {Mayor, Quelos, 1995, [Ц4}\ Маягсу, But-
14
Icr, 1995, (47j). Наблюдения на 26" рефракторе и высохая точность намерений на автоматической машине “Фантазия” , характеризуемая ошибкой одного изображения, равной 0.''028, и ошибкой единицы веса (внешней ошибкой одной пластинки), получаемой при решении систем уравнений относительно собственного движения и параллакса и равной 0."028, дали возможность исследовать определенный диапазон периодов и масс возможных спутников этой звссзды, а именно, периоды от 0.5 до 2.8 лет и массы более 0.2 массы Солнца. При исследовании соответствующие возмущения не были выявлены, в связи с чем е этим дается таблица, характеризующая "зону избегания" спутников , которые согласно нашим наблюдениям отсутствуют у 51 Пегаса. Также приводится семейство наиболее вероятных орбит, обнаружение которых возможно при продолжении наблюдений на 26" рефракторе и имеющейся точности одного среднегодовое положения, составляющей 0."009.
Научная и практическая ценность.
Полученные однородные ряды звезд с заподозренными невидимыми компонентами послужили основой для неоднократного определения орбит этих звезд как широких пар, а также для оценки сумм масс и динамических параллаксов (ш. Киселев и др., 1988, [S3]; Shakht. Kiyacva, 1992. [48]; Шахт и др., 1999f [30]\ Kiselev et о/., 1997, [49]; Киселеву Романенко, 1996, [50]; Киселса и др. [51]).
Относительные наложения ADS 11632, полученные по 36 летнему ряду наблюдений в Пулкове, переданы автором в ИНАСАН.
Автором подготовлен и отлажен комплекс программ для обработки подобных рядов, измеряемых на автоматической машине "Фантазия". Составлены программы для обработки измерений двойных звезд и для определения собственных движений и параллаксов. Эти программы использовались в Лаборатории автоматизации научных исследований ГАО РАН.
Наблюдения, обработанные автором первоначально по измерениям на полуавтоматическом измерительном приборе “Аскорекорд", послужили также мате-
15
риалом для тестирования и усовершенствования алгоритмов для автоматических измерений взоб]>ажений звезд ( см. Shakhl, 1997, [28]; Канаев, и др. [92]).
Автором разработаны методические рекомендации и составлены и опробованы компьютерные программы, которые служат осповой для осуществляемой в настоящее время обработки полученных на двух пулковских инструментах многолетних наблюдений входящей в программу звезд с невидимыми спутниками внзуалыю-двойнон звезды ADS 7251, а также уникального по длительности и по количеству наблюдений столетнего ряда визуально- двойной звезды 61 Лебедя (ADS 14636), и других звезд. В настоящее время по измерениям 61 Лебедя на автоматической машине ” Фантазия” получены относительные кордннаты р н в для интервала наблюдений 1961-1997 г.г. с ошибкой одного среднегодового положения 0."008 и 0.°01 соответственно (см. Горшанов и др., 2001, [23].
Результаты исследования различных методов спектрального анализа и составленные автором программы использовались в лаборатории вращения Земли и в лаборатории физики Солнца ГАО РАН.
На защиту выносятся:
1)Относительпые положения пяти близких звезд, из них двух визуально-двойных: ADS 11632 и ADS 5983 (S Близнецов) и трех одиночных: Лаланд
21185 , Глиэе 623 и 51 Пегаса с ошибками одного среднегодового места 0."0U7 -г 0."020
а также предварительные положения ADS 14636 (61 Лебедя) по измерениям на автоматической машине "Фантазия” с ошибкой одного среднегодового положения 0."008 (см. табл. 1).
Исследование и моделирование показало, что эти ряды при продолжительности более 30 лет позволяют выявить влияние спутника с массой 0.004-г0.012 МО с периодами от 4 до 15 лет.
2) Результаты исследования случайных и систематических ошибок измерений фотопластинок на машине''Фантазия', покатавшие увеличение внешней точности в 1.2 раза, а также позволившие выявить систематическую разность между
16
визуальными и автоматическими измерениями.
3)Результаты определения элементов орбит двойных звезд: ADS 5983 и ADS 11632, элементов орбит фотоцептров и оценки масс спутников у звезд ADS 5983 А и Глизе 623, а также оценки периодов и масс гипотетических плаиетополобних спутников у звезды ADS 11632 (см. табл.2-2,а).
4)Результаты исследования звезды Лаланд 21185, показавшие отсутствие спутников с массой более 0.01 к периодами от 3.5 до 30 лет и позволившие астрометрическим МеТОДОМ ОПредеЛНТЬ Лучевую CKOJHlCTb.
5) Результаты астрометрических наблюдений звезды 51 Пегаса, показавшие отсутствие спутников с периодами от 1.4 до 3.5 лет и с массами более 0.3 А/0
Данные об этих звездах приведены в таблицах 1 и 1,а, где Д Т- период наблюдении на 26" рефракторе (26") и на нормальном астрографе (NA), N число пластинок, а (А) и (Ф) среднегодовые ошибки в 0".001 полученные но визуальным измерениям на Аскорекорде п по автоматическим измерениям на АИК "Фантазия” соответственно.
В таблице 2 даны параметры относительных орбит, нолучениые для широких пар визуально двойных звезд ADS 5983 (6 Gem) по измерениям на Аско-рскорде и ADS 11632 по измерениям на Аскорекорде -(А) и на "Фантазии” (Ф). ДТ общий интервал наблюдений.
В таблице 2,а даны элементы орбит фотоцентра Глизе 623 и одного из вариантов вероятных фотоцентрическнх орбит яркой компоненты 6 Gem А, описываемых под влиянием спутников, а также периоды и амплитуды смещения фото-центра одной из компонент двойной звезды ADS 11632, подученные под влиянием гипотетических спутников. Периоды Р в таблицах 2 и 2,а выражены в годах. В последнем столбце таблицы 2 приведена сумма масс компонентов в единицах массы Солнца, в последнем столбце таблицы 2,а даны нижние пределы масс спутников, выраженные также в массах Солнца. ДТ- общий интервал наблюдений.
17
Таблица 1. Данные об исследуемых эпелдах
N0 Название »»и. Эр Л'ЛСО.О Фкюоо Я«г Д Г N а
1. АРБ 5943 /1 Зт.5 Р21У 7* 20т 1 +22° СКУ 0 "061 1972-2000, 26” 144 20 (А)
(.5 Сет) В 8.2 4 Кб
2. Ы 21185 7.5 М2У 1103.3 +36 02 0.396 1962-1993, 26” 93 16 (А)
3. С Исае 623 10.5 <шз 16 24.0 +48 21 0.138 1979 1995. 26” 89 13 (А)
8(Ф)
4. АРв 11632 А 8.9 <Ш4 18 42.9 +59 36 0.284 1961-1999, 26" 188 17 (А)
В 9.7 а.М5 12 (Ф)
5. 51 Ре8 5.5 С5У 22 57.5 +20 46 0.074 1995 2000, 26" 40 Э(Ф)
Таблица 1,а. Данные о двойной лвеаде 61 Лебедя.
N0 АРБ Wl.it Эр 02000 0 4x000 5Г|г Д Т N <7
АРБ 14636 (61 Су8) А 5.2 В 6.0 К5У К5У 21* 07.т7 +38 42" 0."296 1898-2000, КА 1960-ЖЮ, 26" 240 260 15 (А) 8 (Ф)
Таблица 2. Элементы орбит двойных звезд.
N0 ЛЕЮ ДТ Р а е 1 и> 0 То МО
1. АОЯ 5983 (А) 24 622.0 6."03 0.75 62°.3 63°. 7 3539 1644.8 2.5
2. АЭЯ 11632 (А) 36 1124.4 27.3 0.43 318®.4 106®.6 14б®.0 1834/2 0.68
.•ШЯ 11632 (Ф) 28 1092.7 26.7 0.42 318.®9 106'о7 145 оО 1835.9 0.68
Таблица 2,а. Элементы орбит фотоцентров.
Название АТ Р а е 1 и> п Те МО
1. Глнэе 623 (А) 17 3.76 0."052 0.51 134° 265е 134® 1984.3 0.09
Глиэе 623 (Ф) 17 3.76 0."052 0.51 141® 289е 149® 1984.3 0.09
2. <5 СсшА (А) 28 5.6 0."023 0.10 43® 130° 207® 1973.3 0.2
3. АОЯ 11632 (Ф) 36 16.4 0."020 0.005
36 4.6 0."020 0.012
18
Апробация работы.
Содержанке диссертации докладывалось на семинарах лаборатории фотографической астрометрии , на семинаре лаборатории фотометрии, на семинарах астрометрических отделов ГАО РАН , на семинаре кафедры звездной динамики СПбГУ (2001 г.), на координационном Совете по астрометрии ГАИШ (2001), на общегородском астрономическом семинаре ИПА (Санкт-Петербург, 2001), а также на всесоюзных , всероссийских и международных совещаниях: на зимних школах Уральского Гос.университета в 1989-1990 г.г. , на астрофизических конференциях Всероссийского астронохсического общества в Цее (Сев. Осетия, 1990 г.), в Нижнем Новгороде (1991 г.) и в Москве (1992 г.).
Работы были представлены на международных конференциях по двойным звездам в Атланте (США) (1991), на 166 Симпозиуме МАС в Гааге (1994), на конференции Европейского астрономического союза ЛЕ^М-1995 в Катанье (Италия).
Автором были сделаны доклады на международной конференции "Эволюция и структура Вселенной" в Петрозаводске (1996), на конференции по двойным звездам в Сантьяго дс Компостела (Испания, 1996) , на конференции "Планетные системы” в Блуа (Франция, 1997), на конференции Европейского Астрономического союза ЛЕМАМ-2000 (Москва), на международной конференции "Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века" (ИПА, Санкт-Петербург, 2000 г. ) к на Всероссийской астрономической конференции ( Санкт-Петербург, 2001).
Автором было сделано 9 докладов иа 6 междуиародиых конференциях н симпозиумах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы (151 наименование). Она содержит 2? рисунков
19
и 14 таблиц. Общий объем диссертации 270 страниц.
Содержание работы.
Во введении обосновывается актуальность темы, обсуждаются основные цели, задачи и методы, использованные в работе, отмечается научная новизна и практическая значимость ее результатов, дается краткое изложение содержания диссертации, указывается, где диссертация прошла апробацию и формулируются основные положения, выносимые на защиту. Там же приводится список опубликованных работ автора по теме диссертации с указанием его непосредственного вклада в те работы, которые были выполнены с соавторами.
В первой главе в § 1 дан исторический обзор исследований звезд с невидимыми спутниками астрометрическими и другими методами. В § 2 дается краткое описание современного состояния проблемы исследования невидимой материи в Галактике. В п 1.2.1 отмечаются основные современные методы наблюдений звезд с планетоподобными спутниками: астрометрический метод, обнаружение планет по допдеровскому смещению, фотометрический метод, эффект микро-линзирования , обнаружение планет с помощью наблюдений радиопульсаров. В п. 1.2.2 - 1.2.3 дается краткая дискуссия о природе и эволюции планетных систем н приводятся основные результаты наблюдений; в п. 1.2.4 дано краткое описание современных представлений о коричневых карликах объектах субэвездвой массы, в п. 1.2.5 - дан обзор используемых инструментов и технологий для поисков невидимых объектов малой массы, отмечаются планируемые проекты космических наблюдений для данной цели; в п. 1.2.6 - приведены данные о наблюдениях методом микролинэирования темных компактных объектов в гало нашей Галактики и в других галактиках
Во второй главе описана методика наблюдений с помощью 26" рефрактора к нормального астрографа пулковской обсерватории избранных близких звезд с заподозренными и имеющимися невидимыми спутниками, а также даны алгоритмы получения относительных положений одиночных и двойных звезд.
20
В § 1 второй главы даны параметры пулковских астрографов ; дастся также краткая история исследований 26" рефрактора, которые были предприняты в свое время И.И.Камаевым и А.А.Киселевым; при этом отмечается высокое качество оптики объектива, постоянство масштаба и разрешающей силы телескопа, что позволяет в течение многих .ют использовать этот инструмент для высокоточных наблюдений, в частности, для исследования звезд с темными спутниками.
В §2 второй главы приведены основные данные об исследуемых звездах, а также изложены принципиальные соображения, которые принимались в расчет в условиях Пулкова при создании общей программы звезд с невидимыми спутниками, часть которой составляют звезды, исследуемые в рамках настоящей работы.
Большинство объектов программы являются близкими к Солнцу звездами поздних спектральных классов с массами < 1 МО; зенитное расстояние в меридиане не превышает 40°. Возможность выявления тонких эффектов гравитационного влияния спутника обеспечивается оптимальным количеством наблюдений в сезон и однородной методикой наблюдений в течение нескольких десятилетий. В этой же главе дана оценка возможностей наблюдений (ОВН) звезд данной программы, полученная с помощью компьютерного моделирования с учетом точности наблюдений на длиннофокусных астрографах и практики наблюдений в Пулкове и формулирующая предельные значения и диапазоны масс и периодов, которые можно оценить из наших наблюдений для конкретных наблюдаемых объектов.
Моделирование с учетом реальных условий фотографических наблюдений близких звезд на длиннофокусном астрографе показало, что для того, чтобы выявить влияние спутника с массой, равной массе Юпитера, и периодом обращения, подобным периоду обращения Юпитера (12 лет) , у звезды, находящейся на расстоянии 5 парсек, требуется период общих наблюдений не менее 100 лет с временными пропусками не более 10-15 процентов, при этом ошибка одной сред-
21
негодовой точки не должна превышать 0."(ХЛ. В связи с этим мы рассчитывали на выявление периодов и масс возможных спутников только в пределах, указанных в данных оценках. Границы возможных периодов составляют от 3.5 до 15 лет для всех звезд, кроме 51 Пегаса, которая имеет более широкий интервал наблюдений по времени внутри года, но наблюдается на 26" рефракторе всего в течение шести лет, поэтому для нее пока возможно выявление короткопериодических орбит, в среднем, от 0.5 до 2.5 лет и спутников с массами не менее 0.2 -г 0.3 А/О.
Нижний предел массы возможного спутника в ton« случае, если наблюдения продолжаются более 30 лет, должен составлять не менее 0.01 A/О .
В §2 дается также краткая характеристика и общая история наблюдений пяти основных исследуемых в рамках настоящей работы звезд: <5 Близнецов (ADS 5983), Лаланд 21185, Глизе 623 (АС 48° 1595/1589), ADS 11632 и 51 Пегаса, а также, дополнительно, 61 Лебедя.
Излагаются цели и перспективы исследования и наблюдательные возможности п зависимости от физических и кинематических параметров каждого из этих объектов.
Приводится описание методики наблюдений этих звезд в зависимости от их индивидуальных особенностей. Начиная с начала 1960-х г.г. для всех звезд употреблялись, как правило, пластиики одного сорта: ORWO- NP-27. Наблюдения проводятся в меридиане или в небольшом часовом угле.
В течение каждого наблюдательного сезона было получено от 4 до 8 пластинок с одиночными звездами и от 6 до 10 пластинок с двойными звездами со средним числом экспозиций на каждой пластинке, равном 5.7 для одиночных звезд и 15.0 для двойных звезд.
В §3 второй главы описаны методы измерений и обработки рядов наблюдений. Все пластинки первоначально измерялись на полуавтоматической машине ” Аскорскорд” . Затем весь материал, кроме пластинок с двойной звездой 6 Близнецов, полученных с дифракционной решеткой, был перензмерен с помощью
22
автоматического измерительного комплекса (АИК) "Фантазия” , который представляет собой программируемый прецизионный микроденситометр с разработанным для него и Пулкове матобеспечением. Краткое описание АИК дано п §3 второй главы диссертации (см. также таблицу 8). Ряды измерений исследуемых звезд послужили материалом для тестирования и отлаживания алгоритмов позиционных измерении на машине "Фантазия".
Среднеквадратическая ошибка измерений на ЛИК ''Фантазия” колеблется (в эавнсихсости от качества фотоматериала) от 0.14 до 0.60 микрон для всего спектра изображений.
В таблицах 9.а и 9,6 во второй главе диссертации даны ошибки, характеризующие получаемую точность при измерениях как на Аскорекорде с визуальным наведением (А), так и при помощи АИК "Фантазии" (Ф) , причем о таблице 9,а приведены данные для одиночных звезд, нзхсеренных но отношению к опорным звездам, в таблице 9,6 - данные, характеризующие точность определения относительных положений кохспонент двойных звезд.
Точность измерений одиночных звезд характеризуется среднеквадратичны-XIи ошибками одного изображения оцху), лежащими в пределах от 0/'040 до 0."044 при измерениях с визуальным наведением на Аскорекорде (А), и в пределах от 0."028 до 0/4)34 при измерениях на автоматической машине "Фантазия" (Ф).
Ошибки единицы веса полученные после исключения собственно-
го движения и параллакса, составляют 0."036 по измерениям на Аскорекорде и 0."026 по изхсерекиям на "Фантазии”.
В среднем ошибка одного среднегодового положения: <та(1я) (А) составляет 0 "015 и гу> (Ф) составляет 0/'010
Ошибки одного изображения для двойных звезд: <7цгу) (А) и <7цгу) (Ф) составляют 0."075 и 0*042 соответственно; ошибки среднегодового места: <7в<1у} равны 0*017 и 0,г012 ДЛЯ (А) и (Ф) также соответственно.
В §4 второй главы даны алгоритмы определения относительных положений одиночных и двойных звезд при использовании фотографических наблюдений.
23
В третьей главе даны результаты определения кинематических и динамических параметров исследуемых звезд . В число этих параметров входят относительные положения, относительные собственные движения и ускорения этих звезд, амплитуды смещения фотоцентров, а также оценки нижних пределов масс-спутников.
В §1 даны результаты исследования двойной звезды ADS 5983
(6 Gem). В п.3.1.1 дана краткая история наблюдений этой звезды. Ее яркая компонента ЛDS 5983 А входит в каталог Баттена [Baden, 1967, [53}) спектрально-двойных звезд под номером IID 569S6. Согласно каталогу [53}главная компонента является спектрально -двойной звездой с невидимым спутником, имеющим период обращения 6.13 года. В связи с большой функцией масс, равной 3.8 Л/О, и массой предполагаемого темного спутника от G до 9 М© эта звезда была включена в списки релятивистских объектов и в течение некоторого времени оставалась предметом дискуссии. В пулковскую ирог|>амму она была включена в связи с щюсьбой авторов [36}, для проверки гипотезы о присутствии спутника с массой 6 :10 М© и, следовательно, для выявления систематических уклонении от относительного орбитального движения с периодом 6.1 год и амплитудой 0."3 .
В п. 3.1.2 даны результаты наблюдений этой звезды в Пулкове на 26" рефракторе. Основной ряд наблюдений состоит из 1} 104 пластинок этой визуальной пары (1972-1999 г.г.) и 2) из 40 пластинок независимых наблюдений яркой компоненты öGcmA на фоне опорных звезд (1979-1990 г.г).
В и. 3.1.3 изложены выводы, полученные в результате исследования Л Gem.
1) Сделан окончательный вывод об отсутствии релятивистского спутника у этой звезды, однако мы полагаем, что у компоненты А имеется спутник с периодом обращения 5.6 ± 0.5 года с нижним пределом массы 0.2 М 0. Период выявляется по двум координатам X и Y и на разных интервалах наблюдений. Амплитуда смещения фотоцентра равна 0."018 ± 0."006; при этом обнаруживается влияние орбитальной составляющей, вызванной движением спутника, на величину ошибки единицы веса ow, получаемой при решении уравнепий относительно па-
24
рамсгров движения видимых компонентов нары. До исключения орбитальной составляющей гти, была равна ±0."024 ; после исключения соответствующего тренда <тц. оказалась равной ±0."019.
2) По обнаруженному нами периоду окаю двух лет в параллактическом ряде, с амплитудой смещения, составляющей 0."014 ± 0."008, делается вывод о возможности присутствия четвертого компонента в этой системе.
В §2 даны результаты исследования в Пулкове одиночной близкой звезды Лаланд 21185.
Ряд наблюдений включает в себя 93 пластинки, полученные в 1962 1993 г.г. Целью исследования было выявление влияния предполагаемых спутников с периодами
4 -і-15 лет и с массами бачее 0.01 М О.
В п.3.2.1 дана история наблюдений этой звезды о Пулкове. Звезда Лаланд 21185 неоднократно исследовалась в Пулкове, на более раннем этане ее наблюдений дія обнаружения влияния спутника с периодом обращения 8.1 год и с массой 0.01М® (Шахт, 1072, [54/}. В п.3.2.2 даны результаты наблюдений ее на общем интервале 1962 1993 г.г. Сделаны выводы, что по наблюдениям в Пулкове периодические колебания, превышающие уровень шума не выявлены.
В п.3.2.2 приводится значение векового перспективного ускорения в движении этой звезды: 1) рассчитанное по а и 5, а также 2) в проекции на направление собственного движения /і и из 3) сравнения собственного движения, полученного в моменты наблюдений, отстоящие на 15 лет. В связи с тем, что эта звезда является одной из самых близких к Солнцу, пулковские наблюдения дали возможность получить величину векового перспективного ускорения и независимую астрометрическую (динамическую) лучевую скорость и из сравнения этой скорости со спектроскопический Ц(др), а именно, с ее каталожным значением и значением, полученным на БТА Романенко (Романенко, 1991, [55]), оценить величину возможного красного смещения: ДГГ = . В дан-
ном случае обе эти скорости показали хорошее согласие и, таким образом, была подтверждена природа этой звезды как красного карлика, По полученной веяи-
25