Физические характеристики и эволюционный статус контактных двойных звезд ранних спектральных классов тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РГб од

I е окт V -

На правах рукописи

ПЕРЕВОЗКИНА Елена Лельевна

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

И ЭВОЛЮЦИОННЫЙ СТАТУС КОНТАКТНЫХ ДВОЙНЫХ ЗВЕЗД РАННИХ СПЕКТРАЛЬНЫХ КЛАССОВ

Специальность 01.03.02-Астрофизика, радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 1996

Работа выполнена в Уральском государственном педагогическом университете.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент БОНДАРЕНКО Игорь Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук ТУТУКОВ Александр Васильевич

доктор физико-математических наук КОПЫЛОВ Иван Михеевич

Ведущая организация:

Государственный астрономический институт имени П.И.Штернберга

Защита диссертации состоится • Ч * {О _1996 г.

в часов на заседании диссертационного совета К 002.92.01

по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в Главной астрономической обсерватории Российской Академии наук (196140, г. Санкт-Петербург, ГАО). С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Главной астрономической обсерватории.

Автореферат разослан и Ю « 08 _1996 г.

Ученый секретарь диссертационног; совета, кандидат физико-математических наук

ЮЛ.Наговицын

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Двойные звезды являются источником информации о физических характеристиках звезд: массах, радиусах, светимости. Тесные двойные системы (ТДС) характеризуются взаимным влиянием компонентов на темп их эволюции. В таких системах приливные эффекты приводят к деформации компонентов, возникновению газовых потоков внутри системы и в окружающее пространство.

В зависимости от физических характеристик системы (периода обращения компонентов, спектральных классов компрнентов) и степени наполнения компонентами своих внутренних критических эквипотенциальных поверхностей .(ВКП) ТДС разделены на классы. Одним их таких классов являются контактные двойные звезды ранних спектральных классов (КР-системы): период обращения компонентов составляет 0.5 суток и более, спектральный класс главного компонента ранее КО - Р2, оба компонента наполняют свои ВКП.

Ранее КР-системы относились к наиболее молодым звездам, расположенным вблизи начальной главной последовательности (НГП). Для этих систем характерны изменения периодов, нестабильность кривых блеска, что является следствием эволюционных процессов, происходящих внутри системы. Многие массивные КР-системы имеют сходство с разделенными системами главной последовательности, маломассивные КР-системы по своим физическим характеристикам родственны системам типа ЯСМа и \VUMa, что указывает на существование генетической связи между различными классами ТДС.

За последнее десятилетие накопился значительный объем наблюдений с хорошей фотометрией и спектроскопией, что позволяет

надежно определить физические характеристики компонентов КР-систем, решить вопрос об эволюционном статусе класса среди ТДС.

Цель работы: заключается в создании каталога фотометрических, геометрических и абсолютных элементов КР-систем и его дальнейшем исследовании для выяснения особенностей класса и его эволюционного статуса среди ТДС.

Были поставлены следующие задачи:

- получить элементы фотометрической орбиты ( ЭФО ) ряда КР-систем для уточнения их классификации и включения в каталог;

- изучить соотношения физических характеристик класса, выявить статистические закономерности;

- изучить системы с изменяющимися орбитальными периодами для определения темпа потери массы компонентами и темпа изменения большой полуоси орбиты;

- выявить эффективные факторы, влияющие на эволюцию КР-систем;

- предложить критерий разделения проэволюционировавших и непроэволюционировавших КР-систем;

- выяснить возможные пути эволюции ТДС.

Новизна работы заключается в определении ЭФО ряда систем, их надежной классификации ( для систем MN Cas, V1425 Су g, UZ Pup ЭФО определены впервые ); в создании однородного ( по способу определения абсолютных элементов ) каталога для 100 КР-системы; в проведении статистического анализа соотношений физических характеристик КР-систем; выявлении эволюционного статуса КР-систем среди ТДС.

Практическая и научная ценность работы заключается:

1) в получении фотометрических, геометрических и абсолютных элементов для ряда КР-систем ( для MN Cas, VI425 Cyg.UZ Pup -впервые);

2) в разработке методики определения абсолютных элементов КР- систем по фотометрическим исследованиям;

3) в создании каталога КР-систем из 100 двойной звезды, который может быть использован для статистических исследований и при изучении вопросов эволюции ТДС;

4) в выяснении эволюционного статуса класса КР - систем.

Результаты, выносимые на защиту:

- фотометрические, геометрические и абсолютные элементы систем VI182 Aql, MN Cas, EG Cep, V1425 Cyg, UZ Leo, AD Phe, AU Pup, UZ Pup, RT Scl;

- каталог физических характеристик КР - систем;

- результаты статистических исследований КР - систем из каталога;

- вывод об эволюционном статусе КР - систем.

Апробация. Основные результаты работы докладывались на конференциях по итогам научно-исследовательской работы Уральского государственного педагогического университета и Уральского государственного университета ( 1992 - 1995 гг. ), на Зимних астрономических школах молодых астрономов в Коуровской астрономической обсерватории УрГУ ( 1993 - 1996 гг. ), Молодежных Циолковских Чтениях в г. Кирове ( 1991, 1993, 1995 ). Основные результаты работы опубликованы в 13 статьях и тезисах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 159 страниц, в том числе 131 страница

основного текста, 20 рисунков, 25 таблицы. Список литературы содержит 95 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается краткий обзор сотояния проблемы, обосновывается актуальность исследования КР-систем, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные результаты работы, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются вопросы по составлению однородного ( по способу получения абсолютных элементов ) каталога физических характеристик КР-систем. Имеющиеся каталоги ТДС Свечникова включают информацию о 38 КР-системах, элементы которых определены по известным спектроскопическим и фотометрическим элементам и о 463 системах с элементами, полученными приближенно. Каталог контактных двойных звезд раннего спектрального класса Бондаренко содержит информацию о 83 системах.

Предлагаемый нами каталог КР-систем содержит 100 систему. Для 31 системы имеются кривые лучевых скоростей обоих компонентов, для 17 систем имеется кривая лучевой скорости главного компонента, для 52 систем абсолютные элементы определены по разработанной методике определения абсолютных характеристик компонентов с использованием элементов фотометрической орбиты (ЭФО) и по известному спектральному классу главного компонента.

С целью пополнения каталога и уточнения классификации некоторых систем проведено построение и решение кривых блеска по фотоэлектрическим наблюдениям машинным методом Лаврова в модели трехосных эллипсоидов. В результате решения системы VI182 Aql, MN Cas, EG Сер, V1425 Cyg, UZ Leo, AD Phe, AU Pup, UZ Pup,

RT Sel являются КР-системами и включены в каталог. Для систем MN Cas, V1425 Cyg, UZ Pup ЭФО определены впервые.

В каталоге все системы разделены на массивные (o/iÇè

( 34 системы ) и маломассивные ( ) ( 66 систем ). Кроме

элементов каталог содержит указания на метод получения и решения кривых блеска. В каталоге содержится информация о вхождении КР-систем в состав звездного скопления или ассоциации, приведены расстояния до систем по имеющимся в литературе данным, отмечены КР-системы с изменяющимися периодами. Степень надежности приведенных элементов оценивается в десятибалльной шкале.

Во второй главе приводятся результаты статистических исследований положения КР-систем на различных соотношениях физических характеристик. На всех соотношениях положение КР-систем сравнивается с разделенными системами главной последовательности ( РГП-системы), являющимися наиболее подробно изученными.

На диаграмме Герцшпрунга - Ресселла оба компонента массивных КР-систем расположены около начальной главной последовательности ( НГП ), главные компоненты маломассивных КР-систем также расположены вблизи НГП, а спутники имеют избыток светимости по сравнению с нормальными звездами соответствующих спектральных классов. Некоторые спутники маломассивных КР-систем отклоняются влево от НГП в область избыточных температур.

На соотношении масса - светимость у большинства КР-систем обнаруживается небольшой (в lm -2т ) избыток светимости. Спутники маломассивных КР-систем имеют избытки светимости в 2m-4m по сравнению с РГП-системами.

Из соотношения масса - радиус компонента следует, что компоненты массивных КР-систем не сильно отклоняются от данной зави-

симости для РГП-систем. Спутники маломассивных КР-систем имеют заметный избыток радиуса по сравнению с компонентами РГП-систем такой же массы.

Главные компоненты КР-систем удовлетворяют соотношению масса - спектральный класс компонента для звезд главной последовательности ( ГП ). Спутники значительного числа КР-систем отклоняются от этой зависимости в сторону более ранних спектральных классов.

Такое расположение КР-сисгеи на соотношениях физических характеристик указывает на эволюционную неоднородность этого класса. Избытки температуры спутников - следствие происшедшей перемены ролей в системе и обусловлены свечением обнажающихся более горячих слоев, то есть система находится в продвинутой стадии эволюции после перемены ролей. Наличие спутников КР-систем с избыточной светимостью дня своей массы связано с избытком радиуса, система находится в стадии после перемены ролей, спутник имеет значительную водородную оболочку.

В третьей главе анализируются физические характеристики и эволюционные стадии систем с изменяющимися периодами. В целом все системы из каталога можно разделить на две группы: с уменьшающимся периодом ( 20 систем ) и с увеличивающимся периодом (18 систем ). У ряда КР-систем период изменяется скачкообразно, что связано с обменными процессами в системе. 18 систем с изменяющимся периодом отнесены к проэволюционировавшим, то есть испытавшим перемену ролей. Из теории взаимодействия двойных звезд известно, что изменение периода связано с перетеканием вещества от одного компонента к другому или в окружающее пространство. Потеря вещества более массивным компонентом приводит к уменьшению периода, менее массивным - к увеличению периода. По имеющимся в

литературе данным об изменении периода вычислен темп перетекания ( потери ) вещества между компонентами. Для систем с уменьшающимся периодом темп изменения массы оЙ'юЮ"*-10"7о^/год, у

систем с увеличивающимся периодом - о^» 10"* -10~*о^/год.

Одним из факторов эволюции маломассивных КР-систем ( масса спутника составляет 0.3 - 1.5 массы Солнца ) является магнитный звездный ветер (МЗВ), который особенно эффективен для систем с уменьшающимся периодом и приводит к уменыпениию большой полуоси орбиты. За счет обменных процессов в системе изменение большой полуоси орбиты составляет несколько миллионных долей радиуса Солнца в год, за счет МЗВ эта величина составляет на 1-2 порядка меньше.

В четвертой главе рассматривается положение КР-систем среди других классов ТДС на различных соотношениях физических характеристик и выясняется эволюционный статус класса.

На диаграмме Герцшпрунга-Ресселла массивные КР-системы расположены вдоль ГП наряду с РГП-системами и главными компонентами ПР-систем. Некоторые спутники КР-систем имеют избыток температуры также как и спутники KW-систем, только в области более ранних спектральных классов. Спутники КР-систем спектральных классов G2 - К2 находятся в области спутников ПР-систем, но имеют меньший избыток светимости.

На соотношении масса - светимость массивные РГП, главные компоненты ПР и КР-систем расположены в области высоких свети-мостей (до - 10т ). Спутники ПР-систем и КР-систем одной массы имеют практически одинаковый избыток светимости по сравнению с РГП-системами. Спутники КР и ПР-систем значительно ярче компонентов KW-систем такой же массы.

На соотношении масса - радиус массивные компоненты РГП, ПР и КР-систем расположены в одной области. У маломассивных КР-систем имеется избыток радиуса по сравнению с РГП-системами такой же массы, еще большим избытком радиуса обладают ПР-системы, причем избыток радиуса становится значительнее с уменьшением массы компонентов.

На соотношении масса - спектральный класс РГП, массивные КР, главные компоненты ПР-систем и маломассивных КР-систем, главные компоненты К^-систем образуют единую последовательность. Спутники КР-систем спектральных классов В4 - <30 имеют избыток температуры для своей массы по сравнению со спутниками ПР и КЛУ-систем такой же массы. Часть спутников КР-систем спектрального класса КО - К9 удовлетворяет соотношению масса -спектральный класс для спутников KW, подобных КМ и ПР-систем.

Наиболее существенным в вопросе эволюции ТДС является соотношение масса главного компонента - большая полуось орбиты. На этом соотношении КР-системы из нашего каталога попадают в область ПР-систем. Так как РГП-системы - непроэволюционировав-шие системы - не попадают в область расположения ПР-систем -проэволюционировавших ТДС, эта область рассматривалась как область отсутствия непроэволюционировавших систем.

По результатам исследования КР-систем нашего каталога половина из них является непроэволюционировавшими, остальные испытали перемену ролей. Нами предложен критерий разделения проэволюционировавших и непроэволюционировавших КР-систем, основанный на следующих физических характеристиках: отношение масс компонентов, спектральные классы компонентов, степень наполнения

компонентами своих ВКЛ. Оказалось, что непроэволюционировавшие КР-системы также попадают в область проэволюционировавших ТДС.

Анализ положения КР-систем на соотношениях физических характеристик ТДС показывает, что КР-системы - эволюционно неоднородный класс. КР-системы с отношением масс компонентов от 0.5 и более являются непроэволюционировавшими, с меньшим отношением масс стали контактными после перемены ролей.

Наличие КР-систем с избыточной температурой для своей массы связано с образованием контактных систем из полуразделенных в ходе эволюции последних. Избыточная температура обусловлена вырожденным гелиевым ядром. Некоторый избыток светимости непроэвогао-ционировавших КР-систем связан с избытком радиуса - компоненты имеют критический радиус или система погружена в общую оболочку.

Таким образом, в ходе исследования получен следующий вывод: КР-системы по своему эволюционному статусу являются одной из стадий эволюции ТДС. Для массивных ТДС возможны следующие эволюционные переходы:

РГП КР, РГП -> ПР -> КР. Первый переход возможен для ТДС с близкими по физическим характеристикам компонентами, для второго - с отличающимися массами и спектральными классами компонентов. Для маломассивных ТДС возможны следующие переходы:

маломассивные РГП -» ПР типа Я СМа маломассивные КР-»

В заключении суммируются основные результаты и выводы диссертации.

Приложение содержит нормальные точки для 9 систем, по которым определены ЭФ О, коэффициенты ректификации кривых блеска, библиографические ссылки для звезд каталога.

Основные результаты, выносимые на защиту, опубликованы в следующих работах:

1. Исследование тесных двойных звезд EG Сер, V1425 Cyg и RT Sel //Астрон.- геодез. исследования. Движение естественных и искусственных тел /УрГУ. - Екатеринбург, 1992. - С 114-118.

Соавтор Бовдаренко И.И.

2. Исследование тесных двойных звезд созвездия Кормы //Астрон.- геодез. исследования. Звездные скопления и двойные звезды /УрГУ. - Екатеринбург, 1993. - С 85-97.

Соавтор Бондаренко И.И.

3. Контактные ранние двойные звезды //Тезисы докладов и сообщений на студенческой научной конференции "Физика Космоса" /УрГУ. - Екатеринбург, 1993. - С 30.

4. Соотношение масса - большая полуось контактных двойных звезд //Тезисы докладов и сообщений на студенческой научной конференции "Физика Космоса" /УрГУ. - Екатеринбург, 1994. - С 13.

5. Фотометрические, геометрические и абсолютные элементы контактной двойной звезды VI182 Орла //Астрон.-геодез. исследования. Сб. науч. тр. /УрГУ. - Екатеринбург, 1995. - С 133-138. Соавторы: Бондаренко И.И., Лаптева Л.В.

6. Дополнение к каталогу геометрических, фотометрических и абсолютных элементов контактных ранних двойных звезд. //Астрон.-геодез. исследования. Сб. науч. тр. /УрГУ. - Екатеринбург, 1995. -

С 126-129.

7. Новый каталог контактных ранних двойных звезд // Тезисы докладов и сообщений студенч. науч. конф. "Физика Космоса" / УрГУ. - Екатеринбург, 1995. - С. 44.

8. Тесные двойные звезды // Естественные науки в педвузе и школе/УрГПУ. - Екатеринбург, 1995. - С. 43-44.

9. Методика определения абсолютных элементов контактных звезд ранних спектральных классов // Естественные науки в педвузе и школе / УрГПУ. - Екатеринбург, 1995. - С. 44-46.

Соавтор Свечников М.А.

10. Каталог физических характеристик контактных звезд ранних спектральных классов. Деп. в ВИНИТИ. 19.12.95, № 3361-1395. 1995.40 с.

Соавтор Бондаренко И.И.

11. Эволюционные стадии тесных двойных систем. I. Соотношение большая полуось орбиты - масса главного компонента. Деп. в ВИНИТИ. 19.12.95, № 3362-1395.1995. 11 с.

12. Изменение периода у контактных ранних двойных звезд // Тезисы докладов и сообщений XXV студ. науч. конф. "Физика Космоса" /УрГУ. - Екатеринбург, 1996. - С. 14.

Соавтор Бондаренко И.И.

13. Причины изменения большой полуоси орбиты маломассивных контактных звезд ранних спектральных классов // Тезисы докладов и сообщений XXV студ. науч. конф. "Физика Космоса" / УрГУ. - Екатеринбург, 1996. - С. 58.

В работах [ 1, 2, 5 ] автор принимал участие в получении нормальных точек, построении кривых блеска, анализе полученных результатов, определении абсолютных элементов систем.

В работе [ 9 ] автором внесены предложения по изменению методики определения абсолютных физических характеристик ТДС для КР-снстем.

В работе [ 10 ] автором получены абсолютные элементы КР-систем по разработанной методике.

В работе [ 12 ] автором проведены расчеты изменения периода для КР-систем и вычислен темп изменения массы компонентами систем.