Интерферометрия и спектрофотометрия двойных звезд солнечного типа тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

На правах рукописи УДК 524-382;520.872

АЛЬ-ВАРДАТ Машхур Ахмад

Интерферометрия и спектрофотометрия двойных звезд солнечного типа

Специальность: 01.03.02 - Астрофизика и радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Архыз - 2003

Работа выполнена в Специальной Астрофизической Обсерватории Российской Академии Наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Ю. Ю. Балега

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Ведущая организация: Институт астрономии РАН

Защита состоится " 28 " ноября 2003 г. в 930 часов на открытом заседании Диссертационного совета Д 002.203.01 при Специальной Астрофизической Обсерватории РАН по адресу: 369167, КЧР, Зеленчукский район, пос. Нижний Архыз.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке САО РАН.

Автореферат разослан " 24 " октября 2003г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Н. Ф. Войханская Специальная астрофизическая обсерватория РАН

кандидат физико-математических науКТ И. Ф. Бикмаев Казанский государственный университет

кандидат физ.- мат. наук

Е. К. МАЙОРОВА

\Booy

Актуальность

Корреляция между пространственным расположением, динамическими характеристиками, возрастом и металличностью звезд главной последовательности является ключом к пониманию химической и динамической эволюции нашей Галактики. Но даже в окрестностях Солнца (d < 50 пк), эта связь все еще остается во многом неопределенной из-за недостаточной точности определения основных параметров звезд (Andersen 1991,1998).

Звездное население вблизи Солнца представлено, главным образом, карликами спектральных классов F, G, К и M с металличностью в пределах -1.0 < [Ме/Н] < +0.3. Около 50% этих звезд входит с состав двойных и кратных систем (Abt & Levy 1976; Duquennoy & Mayor 1991). Неотождествленные двойные и кратные системы, для которых получаются неправильные фотометрические оценки параллаксов, масс, возраста и металличности могут явиться основной причиной разброса точек известных статистических зависимостей (Nordstrom et al. 1999). Особенно много неотождествленных двойных ожидается среди молодых быстро вращающихся F-звезд главной последовательности, для которых лучевые скорости и присутствие второго компонента не определяются с помощью спектроскопии. В то же время молодые F-карлики, не успевшие уйти далеко от своей области образования, крайне важны для изучения распределения металличности в Галактике. Эта проблема может быть решена только с привлечением данных интерферометрических и спек-трофотометрических наблюдений.

Отождествленные двойные, для которых невозможно раздельное определение спектральных и фотометрических характеристик, обычно исключаются из наблюдательных программ и при статистическом анализе нормальных звезд. Большая доля неучтенных кратных систем может вызвать значимые изменения таких зависимостей как масса-светимость, масса-радиус, возраст-светимость. Кроме того, статистические свойства кратных систем могут быть непосредственно связаны с происхождением звезд. Поэтому комплексное изучение кратных систем разными наблюдательными методами имеет принципиально важное значение для определения основных характеристик различных типов звездного населения Галактики.

Двойные звезды дают уникальную возможнЬс^^щ^щэдэдщ^^

библиотека

деления всего набора параметров компонентов кратных систем без привлечения известных статистических зависимостей. Такая возможность, однако, может быть реализована только для объектов, которые можно одновременно наблюдать с помощью различных методов. Прогресс в технике наблюдений и развитие алгоритмов обработки существенно расширили количество кратных систем, доступных для комплексного изучения. Это обеспечивает возможность уточнения статистических зависимостей на основе прямого определения полного набора фундаментальных параметров компонентов. Эти параметры определяются через измерения параллаксов, интер-ферометрические наблюдения относительных положений компонентов в парах, измерения лучевых скоростей звезд и спектрофотомет-рию кратных систем.

Каталог Hipparcos (ESA 1997) является наиболее полным и достоверным источником сведений о звездных параллаксах - в нем собрано более 20 тысяч параллаксов близких звезд, до которых расстояния установлены не хуже, чем с 10% точностью. Однако, в случае звездных пар определенные расстояния искажены орбитальным движением компонентов, поэтому их реальная точность значительно ниже той, которая дается в Каталоге.

Спекл-интерферометрия - основной метод определения видимых орбит двойных звезд. В Четвертом каталоге интерферометрических измерений двойных звезд (http://ad/usno.navy.mil/wds/int4.html) собрано более 28600 наблюдений, выполненных на телескопах разных диаметров. По сравнению с классическими методами изучения визуально двойных звезд интерферометрия дает возможность наблюдений более тесных систем и увеличивает точность их измерений. По массовости измерений спекл-интерферометрию превосходят только данные миссии HIPPARCOS, но эти измерения обладают меньшей точностью, разрешающей способностью и охватывают период времени, недостаточный для построения орбит. Преимущества большей точности и разрешающей способности оптической длинно-базовой интерферометрии сводятся на нет низкой чувствительностью и невозможностью проведения массовых измерений.

Спекл-интерферометрия также дает возможность измерения разности блеска компонентов. Из-за методических проблем проведение высокоточных спекл-измерений разности блеска компонентов

и, „1.1^ 11.....— 2

«Sitoitiu** ;

-UtH«-»«!-* I

до последнего времени оставалось сложной проблемой (Worley et al. 2001). Поэтому такие измерения проводились только эпизодически с помощью различных методов в случайных фотометрических полосах. Точность большинства спекл-интерферометрических оценок не превосходила 0^2, а их достоверность очень трудно оценить. Массовые измерения разности блеска двойных систем были выполнены HIPP ARCOS. Однако для пар 10m —12™ с расстоянием между компонентами меньше 0?3 часто сравнима с измеренным значением. Используемый в CAO РАН метод определения разностей блеска по данным спекл-интерферометрии обеспечивает определение разностей блеска наблюдаемых спекл-интерферометрических систем не слабее 13т с разностью блеска до 4т со средним значением точности измерений Œ"06. Для пар с расстоянием больше (У/3 точность измерений сравнима с точностью измерений HIPPARCOS, а для тесных превосходит ее в несколько раз (Balega et al. 2002).

Интерферометрические орбиты двойных в сочетании с измерениями лучевых скоростей компонентов обеспечивают прямые оценки масс и параллаксов звезд с точностью, недоступной другим методам. Систематический мониторинг нескольких тысяч ближайших звезд солнечного типа ведется с помощью измерителей скоростей CORAVEL в южном и северном полушарии (Duquennoy & Mayor 1991; Halbwachs et al. 2003). Значительная доля объектов мониторинга - пары с периодами обращения от нескольких сотен дней до десятков лет - являются кандидатами для спекл-интерферометрических измерений на крупнейших телескопах. Объединение интерферометрических измерений Am с данными интегральной спсктрофотометрии позволяет построить модель атмосферы каждого компонента системы.

Результатом таких измерений является установление статистических зависимостей для звезд различных типов звездного населения с точностью, необходимой для теоретических исследований.

Таким образом, актуальность поставленных в диссертационной работе задач определяется необходимостью и возможностью улучшения существующих в настоящее время статистических зависимостей для звезд спектральных классов F, G и К с целью изучения особенностей формирования и эволюции отдельных звезд или групп звезд нашей Галактики.

Цель работы

Целью данной работы является:

1. Разработка подхода к прямому определению полного набора фундаментальных параметров компонентов двойных систем на базе комплексных спекл-интерферометрических и спектрофо-тометрических наблюдений, определения лучевых скоростей и параллаксов.

2. Создание каталога интегральных распределений энергии выборки спекл-интерферометрических двойных главной последовательности спектральных классов F, G и К; оценка показателей цвета и уточнение интегральных спектральных классов для звезд выборки.

3. Спекл-интерферометрические наблюдения избранных объектов выборки, построение их визуальных орбит, определение разностей блеска и абсолютных звездных величин компонентов.

4. Оценка распределения энергии в спектрах компонентов избранных систем на основе построения моделей атмосфер компонентов с учетом измеренных разностей блеска и известных параллаксов. Определение фундаментальных параметров компонентов, включая эффективные температуры, массы, ускорения силы тяжести и возраст.

5. Исследование реальных преимуществ и ограничений разработанного подхода для уточнения существующих статистических зависимостей.

Научная новизна

Разработан способ прямого определения фундаментальных параметров звезд на основе комплексных спекл-интерферометрических и спектрофотометрических измерений двойных систем.

По результатам наблюдений на 1-м телескопе CAO РАН впервые получены распределения энергии в диапазоне 3700 - 8300 À в спектрах 46 спекл-интерферометрических двойных звезд. Для этих

пар получены В, V, Д-величины, показатели цвета В — V и оценены интегральные спектральные классы. Новые данные о показателях цвета хорошо согласуются с данными каталогов Hipparcos и Tycho. Спектральные классы большинства изученных звезд в пределах ошибок согласуются со значениями, приведенными в базе данных SIMBAD(http://simbad.u-strasburg/Simbad).

На 6-м телескопе CAO РАН выполнены новые спекл-интерферометрические измерения относительных положений пяти звезд солнечного типа: 41 Dra, Cou 1289, Cou 1291, HD 25811 и HIP 689. Вычислены уточненные видимые орбиты этих пар. Определены разности блеска в разных спектральных полосах с привлечением сведений о параллаксах из каталога Hipparcos, вычислены абсолютные звездные величины компонентов и оценены их спектральные классы.

Впервые получены распределения энергии в спектрах компонентов шести двойных систем (40 Dra, 41 Dra, COU 1289, COU 1291, HD 25811 и HIP 689). Метод определения основан на согласовании наблюдаемого и полученного из рассчета плоско-параллельной модели атмосферы теоретического интегрального распределения энергии в спектре двойной звезды с учетом многополосных измерений разностей блеска.

Апробация работы

Основные результаты работы представлены на следующих международных конференциях и семинарах:

Вторая Арабская Астрономическая Конференция (Аман, Иордания, 8-10 сентября, 1997);

Первая всероссийская астрономическая конференция (Санкт-Петербург, 6-12 августа 2001);

Симпозиум 210 MAC, Моделирование звездных атмосфер (Упп-сала, Швеция, 17-21 июня 2002);

Пятая Арабская астрономическая конференция и 3-я конференция AUASS (Аман, Иордания, 19 - 22 августа 2002);

Астрофизические семинары Специальной астрофизической обсерватории (CAO, Нижний Архыз) и Университета Ал Аль-Байт (Мафраг, Иордания).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты спектрофотометрических исследований 46 спекл-интерферометрических двойных звезд главной последовательности в диапазоне 3700 - 8400 Â; определение В, V., Д-величин, показателей цвета (B — V) и интегральных спектральных классов для этой выборки звезд.

2. Результаты спекл-интерферометрических измерений на 6-м телескопе CAO РАН пяти двойных звезд спектрального класса F: 41 Dra, Cou 1289, Cou 1291, HD 25811 и HIP 689; вычисление на основе этих данных параметров орбит систем, определение разностей блеска и суммарных масс систем.

3. Определение эффективных температур, светимостей, ускорений силы тяжести и возрастов компонентов шести двойных систем (40 Dra, 41 Dra, Cou 1289, Cou 1291, HD 25811 и HIP 689) на основе наших спекл-ирттерферометрических и спектрофотометрических измерений с последующим построением моделей атмосфер компонентов.

Личный вклад автора

Спекл-интерферометрические наблюдения и редукция данных проводились автором совместно с сотрудниками Лаборатории методов астрономии высокого разрешения CAO РАН. Окончательные оценки и выводы делались автором. Все спектрофотометрические наблюдения, редукция данных, моделирование атмосфер с получением конечных результатов сделаны автором.

Содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем работы -172 страницы, включая 53 рисунка и 54 таблицы. Библиография содержит 120 ссылок.

Во введении дано обоснование актуальности работы, определены главные цели, научная новизна и сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Здесь же приведены апробация результатов, выделен персональный вклад и список публикаций автора. Дано краткое изложение содержания диссертации.

В первой главе диссертации "Астрофизические исследования двойных звезд" приведен обзор современных знаний о фундаментальных звездных параметрах и их связи с теориями формирования и эволюции звезд. Сделан вывод о недостаточной точности определения статистических зависимостей масса-светимость, масса-радиус, возраст-светимость и шкалы эффективных температур для сравнения с теоретическими моделями. Сформулирована концепция уточнения этих статистических зависимостей на основе комплексных ин-терферометрических и спектрофотометрических данных, а также данных измерений лучевых скоростей и параллаксов. В заключении главы обсуждаются критерии отбора кандидатов для прямого определения фундаментальных параметров.

Во второй главе "Спекл-интерферометрия двойных звезд" приводится описание спекл-интерферометрического метода измерения относительных положений и разностей блеска двойных и кратных систем. Метод позволяет проводить высокоточные позиционные измерения двойных систем с помощью крупных наземных телескопов. Хотя дифракционный предел разрешения телескопа а = 1.22А/.0 составляет несколько сотых угловой секунды (0"02 в случае БТА), разрешающая способность наземных телескопов редко превышает 1". Основная причина падения разрешающей способности -влияние турбулентной земной атмосферы. Однако при экспозициях, сравнимых со временем замороженности атмосферных фазовых искажений, монохроматические изображения звезд сохраняют информацию об объекте с дифракционным разрешением телескопа. Метод статистической обработки, предложенный Лабейри (1970), заключается в получении спектров мощности/автокорреляционных функций серии мгновенных изображений источника, сохраняющих информацию с дифракционным разрешением. В применении к двойным звездам метод спекл-интерферометрии позволяет определить относительное положение и отношение интенсивностей компонентов по геометрическим параметрам и контрасту полос в измеренном спектре мощности.

В главе описаны аппаратура для получения спекл-интерферо-метрических данных, установленная в первичном фокусе БТА, процедуры обработки серий спекл-интерферограмм и получения позиционных параметров и разности блеска двойных и кратных звезд.

Метод спекл-интерферометрии был применен нами для изучения пяти двойных систем: 41 Dra, Cou 1289, Cou 1291, HD 25811 и HIP 689. Представленные результаты включают в себя относительные положения компонентов с точностью O'/OOl— (У/003 и разности блеска с точностью ГР04- (У" 12, полученные по данным наблюдений 2001 и 2002 годов (Al-Wardat et al. 2003). С использованием новых точек и данных Четвертого интерферометрического каталога были построены улучшенные орбиты и проведено их сравнение с результатами других авторов. Для системы COU 1289 получено прямое указание на 15-летний период обращения компонентов. Систему удалось трижды разрешить в период наиболее тесного сближения компонентов, когда угловое разделение составляло 0?018- (У/019.

На основе вычисленных орбитальных параметров и параллаксов, полученных Hipparcos, определены суммы масс этих систем. Измеренная разность блеска с учетом параллаксов позволила определить абсолютную звездную величину и спектральные классы компонентов. Достигнутые точности в определении суммы масс и абсолютной звездной величины компонентов определяются, главным образом, ошибками использованных параллаксов.

В третьей главе "Спектрофотпометрия двойных звезд" представлены результаты спектрофотометрии низкого разрешения (18 Â, 6 Á/канал), выполненной в широком спектральном диапазоне (~4500 А) для 46 двойных звезд. По этим данным были получены суммарные распределения энергии, В, V, Д-величины, (В — V)-показатели цвета и "суммарные"спектральные классы для изучаемых систем. Сами системы были взяты из списка звезд спекл-интерферометрической программы наблюдений, ведущейся на БТА CAO РАН с начала 90-х годов и направленной в основном на изучение карликов поздних спектральных классов в окрестности Солнца, фундаментальные параметры которых до сих пор плохо изучены.

Спектроскопические данные, наряду с разностью блеска, определенной из спекл-интерферометрических наблюдений, позволили получить синтетические спектры систем, для которых были известны фундаментальные параметры (см. главу 4). Спектры построены с использованием моделей звездных атмосфер Куруца.

Исследуемые звезды были разделены на три подгруппы (А,В,С) в соответствий с тремя сетами, в которые проводились наблюде-

ния. Спектры получены на спектрографе UAGS (решетка 325/4° штр/мм, дисперсия 5.97 Â/канал), установленном в Кассегренов-ском фокусе 1-м телескопа Цейсс-1000 CAO РАН. Спектрограф оснащен ПЗС приемником ISD015 530x580 элементов с параметрами, указанными на соответствующих рисунках. Наблюдения велись в подходящие фотометрические ночи: 28 января и 4 февраля 2002 г. для подгруппы А, 25, 26 и 27 мая 2002 г. для подгруппы В и 20, 21 июля для подгруппы С. Качество изображений во все ночи было лучше 1'.'5. Описание звезд приведено в трех таблицах, где указаны их обозначения, координаты и Юлианские даты наблюдений.

Для калибровки и исследования внутренней точности системы использовались звезды-стандарты. Стандартное отклонение в В и V - полосах, полученное для каждой звезды по набору спектров, было обычно лучше ОРОб, в R - полосе лучше СР07.

Результаты измерений потока, коррекции за атмосферное поглощение представлены в Приложении и приведены на графике в единицах эрг/см2-с-А.

В, V, R-величины найдены с учетом нуль-пункта, который определялся по спектрофотометрической калибровке Веги. Для V - полосы нуль-пункт был определен по спектрофотометрической калибровке Веги, проведенной Хаесом (1985), с использованием V = 0^03 (Johnson et al. 1966). Для В и R полос нуль-пункт также определялся по блеску Веги (Hamuy et al. 2001): В = 0m014, R = (F042.

Между полученными нами звездными величинами и данными каталогов Tycho и Hipparcos наблюдается хорошее согласие.

Общий спектральный класс двойных был определен вычислением величин (В — V) и сравнением их со стандартными показателями цвета, приведенными Фицжеральдом (1970). Сравнение полученных спектральных классов с данными базы данных SIMBAD показали хорошее соотвествие в пределах ошибок определения (В — V).

В четвертой главе "Физические характеристики компонентов двойных звезд" представлены данные изучения шести двойных систем (четверная система ADS 11061, двойные COU 1289, COU 1291, HD 25811 и HIP 689) - результат комбинированного использования атмосферного моделирования, спектроскопии и спекл-интерферометрии для определения фундаментальных параметров компонентов систем.

Описание каждой системы начинается с введения и обоснования выбора системы, перечня данных о системе, полученных из различных источников (база данных SIMBAD, каталог Hipparcos и др.).

Используя результаты определения разности блеска звезд и общий блеск системы, были найдены индивидуальные яркости компонентов. Они вместе с данными о параллаксах использовались для вычисления абсолютных звездных величин, откуда определялись предварительные значения эффективных температур, радиусов и ускорения силы тяжести. Это позволило провести моделирование атмосфер, используя сетку моделей Куруца (1993).

Суммарное распределение энергии было опорным при определении параметров методом построения модельных спектров и сравнения их с наблюдаемым. Сделана оценка фундаментальных параметров систем: эффективной температуры, светимости, спектрального класса, массы и ускорения силы тяжести.

Приведены положения компонентов системы на эволюционных треках (Girardi et al. 2000), определены возрасты компонентов. Обсуждается формирование и эволюция систем в рамках различных теорий.

В Заключении приведены главные результаты работы.

Нами разработан комплексный метод определения фундаментальных свойств компонентов двойных и кратных систем звезд, использующий данные спекл-интерферометрии, спектрофотометрии и моделирование атмосфер. Данные интерферометрических наблюдений позволяют определять разность блеска между компонентами систем и оценивать суммарные массы, исходя из вычисленных видимых орбит. В сочетании со спектроскопией низкого разрешения это дает возможность определить по распределению энергии в суммарном спектре системы параметры отдельных компонентов. Сведения о звездах дополняются построением теоретических распределений энергии в спектре каждого компонента на основе плоскопараллельных моделей атмосфер Куруца (1993).

Разработанный подход был применен для комплексного изучения выборки из шести близких к Солнцу спекл-интерферометрических пар звезд-карликов спектрального класса Р: 40 Dra, 41 Dra, Сои 1289, Сои 1291, HD 25811 и HIP 689. Для этих двойных на основе наших наблюдательных данных были определены индивиду-

альные физические характеристики компонентов, включая эффективные температуры, светимости, массы, ускорения силы тяжести и возраст. Исследование дало наиболее точные из известных параметров для звезд этого типа. Проведено сравнение полученных характеристик с известными зависимостями для карликов дисковой составляющей Галактики.

Кроме того, для 46 спекл-интерферометрических пар с компонентами, находящимися на главной последовательности, получены распределения энергии в спектрах. Эти данные позволяют уточнить статистические зависимости для звездного населения в окрестностях Солнца. Результаты могут использоваться для изучения процессов формирования и эволюции двойных и кратных звезд.

Приложение содержит таблицы распределения энергии в спектрах 46 спекл-интерферометрических двойных систем, обсуждаемых в главе 3.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Al-Wardat М.А., Al-Naimiy Н.М., Barghouthi I.A., and Sabat H. New physical and geometrical elements of some x-ray binary stars, Astrophysics and Space Science, 260; 335-345, 1999.

2. Sabat H., Al-Naimiy H.M., Barghouthi I.A., and Al-Wardat M.A. Synthetic light curve of some X-ray binary stars, Astrophysics and Space Science, 260; 347-357, 1999.

3. Аль-Вардат M.A., Балега И.И., Балега Ю.Ю., Леушин В.В., Плужник Б.А., Шхагошева 3. Система 41 Дракона: Прохождение периастра в 2001 году, Всероссийская Астрономическая Конференция (Санкт-Петербург, 6-12 августа 2001 г).

4. Al-Wardat М.А., Balega Yu.Yu., Leushin V.V., Monin D., Pluznik E.A. The Complex Study of the Quadruple System ADS11061, Proceedings of the IAU Symposium No. 210 Modelling of Stellar Atmospheres (Uppsala, Sweden; 17-21 June 2002).

5. Al-Wardat M.A. Spectral energy distributions and model atmosphere parameters of the quadruple system ADS11061, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 53, 51-57,2002.

6. Al-Wardat M.A. Spectrophotometry of speckle binary stars, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 53, 58-77, 2002.

7. Al-Wardat M.A. Spectrophotometry of speckle binary stars II, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 54, 29-45, 2002.

8. Al-Wardat M.A. Spectrophotometry of speckle binary stars III, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 55, 18-37, 2003.

9. Al-Wardat M.A. Spectral energy distributions and model atmosphere parameters of the binary systems COU1289 and COU1291, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, preprint № 185

10. Al-Wardat M.A. Model atmosphere parameters of the binary systems 41Dra, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, preprint № 186

11. Al-Wardat M. A., Balega Yu.Yu., Pluznik E.A., Shkhagosheva Z.U. Speckle interferometric results and modified orbits of five binary systems, Spec. Astrophys. Observatory, Preprint № 190

Список литературы

Abt H.A., Levy S.G., 1976, Multiplicity among solar-type stars,

Astrophys. J. Suppl. Ser., 30, 273 Al-Wardat M.A., Balega Yu.Yu., Pluznik E.A., Shkhagosheva Z.U., 2003, Speckle interferometric results and modified orbits of five -binary systems, Spec. Astrophys. Observatory, Preprint № 190 Andersen J., 1991, Accurate masses and radii of normal stars, Astron.

Astroph. Rev, 3, 91 Andersen J., 1998, Precise stellar mass and mass-luminosity data, in: Fundamental Stellar Properties,IAU Symp. 189: eds.: T. R. Bedding, A. J. Booth and J. Davis, 99 Balega I.I., Balega Yu.Yu., Hofmann K.H., Maksimov A.F., Pluzhnik E.A., Schertl D., Shkhagosheva Z.U., Weigelt G., 2002, Speckle interferometry of nearby multiple stars, Astron. Astrophys., 385, 87 Duquennoy A., Mayor M., 1991, Multiplicity among solar-type stars in the solar neighbourhood. II - Distribution of the orbital elements in an unbiased sample, aaa, 248, 485 ESA, 1997, The Hipparcos and Tycho Catalogues, European Space Agency, 1, 57

FitzGerald M., 1970, The Intrinsic Colours of Stars and Two-Colour

Reddening Lines, Astron. Astrophys., 4, 234 Girardi L., Bressan A., Bertelli G., Chiosi C., 2000, Evolutionary tracks and isochrones for low- and intermediate-mass stars: From 0.15 to 7 Msun, and from Z-0.0004 to 0.03, Astron. Astrophys. Suppl. Ser., 141,371

Halbwachs J.L., Mayor M., Udry S., Arenou F., 2003, Multiplicity among solar-type stars. III. Statistical properties of the F7-K binaries with periods up to 10 years, Astron. Astrophys., 397, 159 1 Hamuy M., Philip A.P., Maza J., et al., 2001, The Distance to SN

1999em from the Expanding Photosphere Method, Astrophys. J., 558, 615

Hayes D.S., 1985, Stellar absolute fluxes and energy distributions from 0.32 to 4-0 microns, in: Calibration of Fundamental Stellar Quantities, IAU Syrnp. Ill, eds.: D.S. Hayes, L.E. Pasinetti, and A.G. Davis Philip (Dordrecht: Reidel), 225 Johnson H.L., Iriarte B., Mitchell R.I., Wisniewskj W.Z., 1966, VBVRIJKL photometry of the bright stars., Communications of the Lunar and Planetary Laboratory, 4, 99 Kurucz R., 1993, ATLAS9 Stellar Atmosphere Programs and 2 km/s grid. Kurucz CD-ROM No. 13. Cambridge, Mass.: Smithsonian Astrophysical Observatory, 1993., 13 Labeyrie A., 1970, Attainment of Diffraction Limited Resolution in Large Telescopes by Fourier Analysing Speckle Patterns in Star Images, Astron. Astrophys., 6, 85 Nordstrom B., Andersen J., Olsen E.H., Fux R., Mayor M., Mowlavi N., Pont F., 1999, Local Stars as Tracers of Galactic Evolution, Astrophys. Space Sci., 265, 235 Worley C.E., Mason B.D., Wycoff G.L., 2001, The 2001 US Naval Observatory Double Star CD-ROM. IV. The Photometric Magnitude Difference Catalog, Astron. J., 122, 3482

Бесплатно

-Д

18007 I» 1 8 00 7

АЛЬ-ВАРДАТ Машхур Ахмад

Интерферометрия и спектрофотометрия двойных звезд солнечного типа

Зак. № 142 с Уч. изд. л. - 1.0 Тираж 100 Специальная астрофизическая обсерватория РАН

61--0Н--// 35~5~

Российская Академия Наук Специальная Астрофизическая Обсерватория

На правах рукописи УДК 524.382;520.872

АЛЬ-ВАРДАТ МАШХУР АХМАД

Интерферометрия и спектрофотометрия двойных звезд солнечного типа

Специальность: 01. 03. 02 - Астрофизика, Радиоастрономия

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук Балега Ю. Ю.

Нижний Архыз - 2003

Russian Academy of Sciences Special Astrophysical Observatory

published as a manuscript

Int. Classification Code: 524.382;520.872

AL-WARDAT MASHHOOR AHMAD

Interferometry and Spectrophotometry

of

Solar Type Binary Stars

Specialization: 01. 03. 02 - Astrophysics and Radio Astronomy

Dissertation to defend the scientific grade of Candidate (Ph.D.) of Physical- Mathematical Sciences

Supervisor: Doctor of Science, Balega Yu. Yu.

Nizhnij Arkhyz- 2003

"Each time I was in a problem, or I faced the dark side of this life... Each time I was in happiness, or I faced the shiny side of this life... There was a hidden strength, either from inside myself or through my relatives and friends, pushing me forward. To the Almighty and holder of that strength, and

To all those whom I felt that strength through.

I dedicate this work. "

Mashhoor

Table of Contents

Table of Contents 1

1 The Astrophysical Problems of Studying Binary Stars 15

1.1 Milestones in the history of binary stars.....................15

1.2 Classification of binary stars ...........................17

1.3 Binary star formation mechanisms........................18

1.4 Statistics of binary stars and their catalogues..................21

1.5 Conclusion......................................25

2 Speckle Interferometry of Binary Stars 28

2.1 Introduction.....................................28

2.2 Qualitative description...............................29

2.3 Theoretical description...............................30

2.4 Programme of the stars...............................34

2.5 Observations and data analysis..........................36

2.6 Results and discussion...............................38

2.6.1 HIP 689 ......................................................................38

2.6.2 HD 25811 (BAG 4).............................41

2.6.3 COU 1289 ...............................................44

2.6.4 COU 1291..................................47

2.6.5 41 Dra....................................50

2.7 Conclusions.....................................54

3 Spectrophotometry of Binary Stars 55

3.1 Introduction.....................................55

3.2 Programme of the stars...............................56

3.3 Observations and data analysis..........................56

3.4 Results and discussion...............................61

3.5 Conclusions.....................................76

4 Physical Parameters of the Components of Binary Stars 77

4.1 Introduction.....................................77

4.2 The quadruple system ADS 11061.........................80

4.2.1 Observational results............................82

4.2.2 Atmospheric modeling and discussion ..................86

4.3 The two systems COU 1289 and COU 1291 ................... 95

4.3.1 Observational results............................96

4.3.2 Atmospheric modeling and discussion ..................98

4.4 The system HD 25811 ................................ 105

4.4.1 Observational results............................105

4.4.2 Atmospheric modeling and discussion ..................108

4.5 The system HIP 689 ................................ 113

4.5.1 Observational results............................113

4.5.2 Atmospheric modeling and discussion ...................116

4.6 Conclusion......................................121

Conclusion 123

Bibliography 129

A Tables of The Entire Spectral Energy Distributions of Binary Stars 140

Introduction

Actuality

The correlation between spatial locations, dynamical characteristics, ages and metallicities of the main sequence stars is the key for the understanding of the chemical and dynamical evolution of our Galaxy. But even in the vicinity of the sun (d < 50 pc), this correlation still remains hardly vague because of the big uncertainties in the determination of the main stellar parameters (Andersen J. 1991,1998).

Nearby stellar populations are occupied mainly by dwarfs of F, G, K and M spectral types, with metallicities in the range -1.0 < [Me/H] < +0.3. More than 50% of these stars are members of binary and multiple systems(Abt Levy 1976; Duquennoy &: Mayor 1991). For such unrecognized systems, natural uncertainties in the determination of photometrical parallaxes, masses, ages and metallicities might be the main reasons of scattering of the points in the known statistical dependencies (Nordstrom et al. 1999).

Most of the unrecognized binary and multiple systems are of the young rapidly rotating main sequence F-stars. For which, the radial velocities as well as the existence of a companion is difficult to define by spectroscopy. Also young F-dwarfs, which have not had enough time to leave their forming regions, are quite important for metallicity distribution studies. Generally, such problem can be solve only by means of interferometric and spectrophotometric observations.

Unresolved binaries, for which separate determination of spectral and photometrical properties is impossible, are usually excluded from observational programs and statistical analysis of normal stars. But big part of the unrecognized multiple systems can significantly change dependencies such as mass-luminosity, mass-radius, age-luminosity and scale of effective temperatures. Moreover, statistical properties are directly connected with the stars formation,

but accuracy in such relationships is not enough for the investigation of the modern theories of stellar formation and evolution.

So, the complex study of binary and multiple systems by different observational methods have in principal significant importance in the determination of the main features of the different types of stellar populations in the Galaxy.

Binary systems give a unique possibility for the direct determination of the complete set of stellar parameters without depending on any statistical relations. Such possibility, however, can only be applied for objects having a possibility to be observe by means of different observational methods.

Progress in observational techniques and data processing have greatly increased the number of binary and multiple systems available to the complex studies. This provides a possibility of revision of the statistical dependencies on the basis of the direct determination of the complete set of fundamental parameters of the components of these systems. These parameters are defined by parallax measurements, interferometry, radial velocity measurements and spectrophotometry.

Hipparcos catalogue (ESA, 1997) is the most full and reliable source of the information about stellar parallaxes - it contains more than 20000 parallax measurements for nearby stars with distance estimation errors better than 10%. However, binary systems parallax determinations were distorted by their orbital motions, the reason why their real accuracy was much lower than those of single stars. So, Speckle-Interferometry remains the main method of determination of binary stars' visual orbits.

In the Fourth Catalogue of Interferometric Measurements of Binary Stars (http://ad/-usno.navy.mil/wds/int4.html), one can find more than 28600 observations, made at different telescopes. In comparison with the classical methods of studying visual binary stars, interferometry enables the measurements of less separated systems with higher accuracy.

The only mission which has more observations than speckle-interferometry is Hipparcos, but it had a lower accuracy, larger limited separation and insufficient mission life-time for reconstructing of the orbits. Concerning long-base interferometry, its advantages of high precision and resolution were restricted by low sensitivity and small number of observations.

Speckle-interferometry also enables us to measure the magnitude differences. But due to

methodical problems, high-precision Am speckle-measurements were not possible until recent time (Worley et al. 2001). So, such measurements have been obtained only episodically by means of different algorithms in random photometrical bands. The precision of these measurements was not better than 07*2, and it is even difficult to estimate their reliability.

Differential photometry of binary stars was made by HIP PARC OS, but for pairs as faint as 10m — 12m with separation less than O^, errors were comparable with the measured values. The method of Am definition carried at SAO RAS via speckle-interferometry provides magnitude differences measurements for systems brighter than 13m with Am < 4m and precision about 07*05. For pairs wider than (X'3, interferometric errors are comparable to those of HIPPARCOS, but for closer pairs they are much smaller (Balega et al. 2002).

Interferometric binary orbits combination with the components' radial velocities provides direct masses and parallaxes estimations with precision much better than any other method.

Systematic monitoring of several thousands of nearby solar type stars is carrying out with the velocity measuring device CORAVEL in both north and south hemispheres (Duquennoy & Mayor 1991; Halbwachs et al. 2003). Significant part of these objects (pairs with orbital periods from several hundreds of days till decades) are the candidates for speckle-interferometric measurements on the largest telescopes.

The combination of interferometric Am results with the spectrophotometric data allows to build individual model atmospheres for each component of a binary system. The Result of such measurements is the determination of the statistical dependencies for stars of different types with accuracy enough for theoretical researches.

Thereby, the actuality of the dissertation's task raised from the necessity and opportunity to improve statistical dependencies for F, G and K stars, a knowledge will improve - in its turn - the understanding of the formation and evolution of single and multiple stars and clusters of stars in different parts of our galaxy.

The main goals

The main goals of the dissertation are:

1. To develop a method of direct determination of the complete set of the fundamental parameters of the components of a binary system on the basis of the combination of

speckle-interferometric and spectrophotometric observations with the radial velocities and parallaxes measurements.

2. To make a catalogue of spectral energy distributions of the main-sequence F,G and K speckle-interferometric binaries, to estimate their colors and to reinvestigate their entire spectral types.

3. To observe several chosen objects by means of speckle-interferometric techniques in order to reconstruct their visual orbits, measure their Am and obtain their absolute magnitudes.

4. To build individual spectral energy distributions for the components the selected systems by means of atmospheres modeling combination with their measured magnitude differences and known parallaxes. Hence, to determine their complete set of fundamental parameters: effective temperatures, luminosities, spectral types, masses, gravity accelerations and ages.

5. To investigate advantages and restrictions of the developed method in the revision of the existing statistical dependencies.

New scientific results

To developed method of direct determination of the fundamental stellar parameters was investigated on the basis of the combination of speckle-interferometric and spectrophotometric observations of binary systems.

Composite spectral energy distributions of 46 speckle binary stars were measured for the first time. The measurements were made at the Cassegrain focus of the Carl Zeiss Jena (Zeiss-1000) 1 m telescope of SAO. The measured SED's covered the range between 3700A and 8300A. The BVR magnitudes A good agreement has been found between the calculated colour magnitudes and colour indices and those of Hipparcos and Tycho catalogues. Also a comparison of the estimated spectral types with those given by SIMBAD (http://simbad.u-strasburg/Simbad) shows a good agreement for most of the stars within the error values of B — V. and the B — V colour indices for all of the 46 stars were calculated, and their composite spectral types were estimated.

New relative positions of five speckle interferometric binary systems were measured using the speckle interferometric techniques at the 6-meter telescope of the Special Astrophysical Observatory (SAO RAS), these are: 41 Dra, COU 1289, COU 1291, HD 25811 HIP 689. For the first time, modified orbital elements of these stars were obtained. Their magnitude differences were estimated and they were combined with Hipparcos parallax (ESA 1997) and the known entire V magnitude to calculate the absolute magnitudes of their components, and hence their spectral types.

For the first time, individual theoretical SEDs were build for each of the two components of the binary systems: 40 Dra, 41 Dra, COU 1289, COU 1291, HD 25811 and HIP 689. The method used Kurucz (1993) line-blanketed plane-parallel model atmospheres combination with the results of speckle interferometry and spectrophotometry.

Presentations

The main results of this work were presented in the following international conferences and seminars:

The Second Arab Astronomical Conference (Amman, Jordan; 8-10 September 1997); The First All-Russian Astronomical Conference (Saint Petersburg; 6-12 August 2001); IAU Symposium No. 210, Modelling of Stellar Atmospheres (Uppsala, Sweden; 17-21 June 2002);

The 5th Arab Astronomical Conference & The 3rd Conference for AUASS (Amman, Jordan; 19 - 22 August 2002);

The sstrophysical seminars at the Special Astrophysical Observatory (SAO) (Nizhnij Arkhyz), and at the Higher Institute of Astronomy and Space Sciences, A1 al-Bayt University, Mafraq, Jordan.

Main items proposed for defense

1. The results of spectrophotometric study of 46 speckle interferometric binary systems, which include their entire spectral energy distributions in the range 3700-8400 A, BVR Johnson-Cousins magnitudes, B — V magnitude differences, and their entire spectral types.

2. The results of speckle interferometric measurements of 41 Dra, COU 1289, COU 1291, HD 25811 and HIP 689, which include measurements of their relative positions, determination of their orbital parameters, mass sums and magnitude differences.

3. Results of the combination of speckle interferometry and spectrophotometry with the atmospheres modeling to estimate the fundamental parameters of the components of 40 Dra, 41 Dra, COU 1289, COU 1291, HD 25811 and HIP 689. The parameters include their spectral types, luminosities, effective temperatures, radii, masses, gravity accelerations and ages.

Personal input of the author

Speckle interferometric observations and data reduction were made together with the group of The Laboratory of High Resolution in Astronomy (SAO RAS). The final estimations and results were made by the author.

All spectrophotometric observations, data reductions, atmospheres modeling and results extraction were made by the author.

Contents of the dissertation

This dissertation consists of introduction, four chapters, conclusion, bibliography of 121 items, and appendix. It consists of 145 pages including 54 figures and 54 tables.

In the Introduction the importance of the work was explained in addition to the actuality, the main goals, the new scientific results, the presentations, the main items proposed for defense, the personal input of the author, a brief contents of the dissertation and a list of the author's publications.

In the 1st chapter The Astrophysical Problems of Studying Binary Stars brief review of modern knowledge in the field is given, including relationships between fundamental stellar parameters and the formation and evolution theories. Conclusions were made about the low precision of the statistical dependencies of mass-luminosity, mass-radius, age-luminosity and the scale of the effective temperatures with the comparisons of theoretical models. The concepts of improvement of these statistical dependencies were discussed on the

basis of the complex study of visual close binary stars which depends on the combination between speckle interferometry, spectrophotometry, radial velocities and parallaxes. At the end of the chapter, the stars selection criteria to apply the direct method of estimation of the fundamental parameters were discussed.

In the 2nd chapter Speckle Interferometry of Binary Stars, description of the speckle interferometric method of measuring relative positions and magnitude differences of binary and multiple systems is presented.

The method enabled us to achieve high accuracy measurements of the relative positions of binary stars using large ground based telescopes.

Although diffraction limit of the telescope a = 1.22A/D is only several milli-arc-seconds (ty/02 in the case of BTA), resolution of ground telescopes is rarely more than 1".

The main reason which decreased the resolution is the turbulence of the earth atmosphere. However, at exposures comparable to the atmospheric turbulence time (which freeze the atmospheric degradation), monochromatic images of the stars powerfully save information with the diffraction limits of the telescope.

The statistical processing method proposed by Labeyrie A.( 1970) enables obtaining power spectra or auto-correlation functions of the set of instant images of the source. In the case of binary stars, the method made it possible to determine relative positions and relative intensities of the components using geometrical parameters and fringes contrast of the measured power spectrum.

The system used to obtain speckle interferometric data at the prime focus of BAT was discussed along with the procedures of processing the sets of speckle interferograms, determination of the relative positions and magnitude differences of the binary and multiple stars.

The method was applied to five binary systems: 41 Dra, Cou 1289, Cou 1291, HD 25811 and HIP 689. The results of observations performed in 2001 and 2002 include their relative position measurements with accuracy O'.'OOl- 0'.'003 and magnitude differences with accuracy 0^04- 07*12 (Al-Wardat et al. 2003). Improved orbits for the five systems were archived using the new points along with those from the Fourth Catalog of Interferometric Measurements of Binary Stars, the new estimated orbital elements were compared with the other

authors. Direct proof of 15 years period for the system COU 1289 was obtained, the system was resolved three times during the closest approach of its components when the angular separation was between (/.'018 and C/019.

The computed orbital parameters and magnitude differences were combined with the parallaxes, from Hipparcos, to derive the mass sums, the individual absolute magnitudes and the spectral types of the components. The accuracy of the estimated masses and absolute magnitudes depends, mainly, on the errors of the used parallax.

In the 3rd chapter Spectrophotometry of Binary Stars, a wide range 4500 A), low resolution (18 A, 6 A/px) spectrophotometry of 46 speckle interferometric binary stars were presented, where I got their entire spectral energy distributions, BVR magnitudes, B — V colour indices, and their entire spectral types. The objects of the study were taken from the speckle interferometric programme, which has been carried out at the 6-m BTA telescope of the Special Astrophysical Observatory since the early nineties. The programme mainly includes late type dwarfs in the vicinity of the Sun, which fundamental parameters are badly known.

Beside the direct results of these observations, a part of the presented data were used as a reference for building theoretical spectral energy distribution curves on the basis of Kurucz blanketed models. These along with the magnitude differences from speckle interferometric observations, were used to build spectral energy distributions for the components of the binary systems, from which we got their complete set of fundamental parameters (see chapter 4).

The stars were divided into three sets (Set A, Set B and Set C) according to the observational campaigns. The spectra were obtained using a low resolution grating (325/4° grooves/mm, 5.97 A/px reciprocal dispersion) within the UAGS spectrograph at the Cassegrain focus of the Carl Zeiss Jena (Zeiss-1000) 1 m telescope of SAO during the photometrical nights: January 28 and February 4, 2002 for set A; May 25, 26 and 27, 2002 for set B; and July 20 and 21, 2002 for set C. The seeing in all nights was around 1.5". The stars are listed in three tables, which include their different identifications, coordinates and times of observations in Julian Date.

The used spectrograph has an ISD015A 530x580 px CCD detector, its parameters and sensitivity curves at the blue and red parts of the spectrum are shown in the chapter.

A well known standards were used for the calibration and investigation of the external agreement of the system. The standard deviation of B and V magnitudes, obtained for each star from the sample of the spectra, was typically better than 07*06, and for the R band it was better than 07*07.

The results of the measured flux, corrected for the atmospheric extinction, are listed in the Appendix and plotted in the chapter in units of erg/cm2 • s-A.

BVR synthetic magnitudes were computed using the zero points of the spectrophotometry calibration of Vega. For V band ZP was solved using the spectrophotometric calibration of Vega published by Hayes (1985) and the V magnitude of 07*03 measured by Johnson et al. (1966). While for B and R bands it was solved using the Vega magnitudes published by Hamuy et al. (2001) as B = 07*014, and R = 07*042.

A good agreement has been found between the calculated colour magnitudes and colour indices and those of Hipparcos and Tycho catalogues.

The entire spectral types of the binaries were estimated by comparing B — V with the intrinsic colours of FitzGerald (1970). The comparison of the estimated spectral types with those given by SIMBAD showed a good agreement for most of the stars within the error values of B — V.

In the 4th chapter Physical Parameters of the Components of Binary Stars, I presented the study of six binary systems (the quadruple system ADS 11061, the binary systems COU 1289, COU 1291, HD 25811 and HIP 689) as examples for the combination method of atmospheric modeling with the observational results of speckle interferometry and spectrophotometry to estimate the fundamental parameters of their components.

The description of each system started by introduction about the system includes its importance in such study, list of data concerning the system from different sources like SIMBAD, Hipparcos and other sources. Followed by individual description of spectrophotometrical results.

Using the magnitude differences from the results of speckle interferometry and the entire visual magnitudes from the spectrophotometric results, the individual magnitudes of the components were calculated. These along the parallax were used co calculate the absolute visual magnitudes, from which we estimate the preliminary effective temperatures, radii and

gravity accelerations. This allows construction of model atmospheres for each component using the grid of the Kurucz (1994) blanketed models.

The entire SED's of these pairs from the spectrophotometry results were used as a reference for the best fitting with the theoretical ones, and for the feedback of the parameters of their components. Hence the complete set of parameters of each component were estimated including: effective temperature, luminosity, spectral type, mass and gravity acceleration.

The positions of systems components on the evolutionary tracks and isochrones of Girardi et al. (2000) were assigned, and their ages were estimated. Formation and evolution of the systems were discussed according to the formation theories, where filament fragmentation was proposed as the most likely process for the formation and evolution of the quadruple system ADS 11061, and Fragmentation was proposed as the most likely process for the formation and evolution of the systems COU 1289, COU 1291, HD 25811 and HIP 689.

In the Conclusion, the main results of this work were listed.

Particulary, we developed a complex method of estimation of the fundamental stellar parameters of the components of binary and multiple systems of stars. The method depends on the combination between speckle interferometry, spectrophotometry and atmospheres modeling.

The method uses the magnitude differences between the components and the mass sums of the systems measured by means of speckle interferometry with the entire spectral energy distributions and apparent magnitudes of the systems measured by spectrophotometry to build individual theoretical SED for each of the subcomponents using Kurucz (1993) lineblanketed plane-parallel model atmospheres. From which we estimate the complete set of the fundamental parameters of each component of a binary system.

The method was applied to a sample of six speckle interferometric binary systems of the nearby F-type dwarfs, these were: 40 Dra, 41 Dra, COU 1289, COU 1291, HD 25811 and HIP 689.

The orbital elements of the studied systems, their magnitude differences, absolute magnitudes, mass sums and spectral Types were estimated in addition to the the complete set of the individual fundamental parameters of the components (effective temperatures, luminosities, spectral types, masses, gravity accelerations and ages).

The estimated parameters forms the most detailed and accurate ones ever estimated for the studied systems. Comparisons with the known relations for disk late-type dwarfs has been made.

In addition we got the entire SEDs for 46 speckle-interferometric main sequences binaries. These data give an opportunity to improve statistical dependencies for the nearby stellar populations. The results can be used for the study of formation and evolution of binary and multiple systems.

The Appendix includes the tables of the spectral energy distributions for the 46 stars studied in chapter 3.

Publications of the author

1. Al-Wardat M.A., Al-Naimiy H.M., Barghouthi I.A., and Sabat H. New physical and geometrical elements of some x-ray binary stars, Astrophysics and Space Science, 260; 335-345, 1999.

2. Sabat H., Al-Naimiy H.M., Barghouthi I.A., and Al-Wardat M.A. Synthetic light curve of some X-ray binary stars, Astrophysics and Space Science, 260; 347-357, 1999.

3. Al-Wardat M.A., Balega I.I., Balega Yu.Yu., Lueshin V.V., Pluzhnik E.A., Shkhago-sheva Z.U., The system 41 Draconis: approaching priastron on 2001, Proceedings of All-Russian Astronomical Conference (Saint Petersburg; 6-12 August 2001).

4. Al-Wardat M.A., Balega Yu.Yu., Leushin V.V., Monin D., Pluznik E.A. The Complex Study of the Quadruple System ADS11061, Proceedings of the IAU Symposium No. 210 Modelling of Stellar Atmospheres (Uppsala, Sweden; 17-21 June 2002).

5. Al-Wardat M.A. Spectral energy distributions and model atmosphere parameters of the quadruple system ADSl 1061, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 53, 51-57,2002.

6. Al-Wardat M.A. Spectrophotometry of speckle binary stars, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 53, 58-77, 2002.

7. Al-Wardat M.A. Spectrophotometry of speckle binary stars II, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 54, 29-45, 2002.

8. Al-Wardat M.A. Spectrophotometry of speckle binary stars III, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, 55, 18-37, 2003.

9. Al-Wardat M.A. Spectral energy distributions and model atmosphere parameters of the binary systems COU1289 and COU1291, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, Preprint #185

10. Al-Wardat M.A. Model atmosphere parameters of the binary systems 41Dra, Bull. Spec. Astrophys. Observatory, Preprint # 186

11. Al-Wardat M. A., Balega Yu.Yu., Pluznik E.A., Shkhagosheva Z.U. Speckle interfero-metric results and modified orbits of five binary systems, Spec. Astrophys. Observatory, Preprint # 190

Chapter 1

The Astrophysical Problems of Studying Binary Stars

The term binary star refers to a system containing two stars held together by their mutual gravitational attraction, revolve in close elliptical (or circular) orbits around their common center of gravity and have a common proper motion through space.The importance of studying binary stars lies in more than one area. Firstly, it is the only direct method for the evaluation of stellar mass, one of the most important parameters of the stars. Secondly, it plays an important role in studying the formation, evolution and mass loss of stars. Thirdly, the spatial arrangement of the orbital planes of wide visual binaries in clusters or in small regions in the galaxy may play a role in interacting galactic dynamics (Lippincott, 1992). In this chapter we will briefly go through the history of binary stars, their statistics, classification, formation theories, and their evolution.

1.1 Milestones in the history of binary stars

1767: Reverend John Michell in a paper read before the Royal Society of London, realized that many double stars which appear to consist of two stars placed close together in the sky must in fact be in close physical proximity to each other, arguing that the frequency of near stars per unit area around a given star often exc