Определение орбит широких визуально-двойных звезд из наблюдений относительных положений и лучевых скоростей компонент тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.01 ВАК РФ

РГБ ОД

1 о опт -е:

На правах рукописи

РОМАНЕНКО Людмила Георгиевна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРБИТ ШИРОКИХ ВИЗУАЛЬНО-ДВОЙНЫХ ЗВЕЗД ИЗ НАБЛЮДЕНИЙ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ И ЛУЧЕВЫХ СКОРОСТЕЙ КОМПОНЕНТ.

Специальность 01.03.01 - астрометрия, небесная механика и эзездная динамика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1996

■ • Рзбота выполнена, г Главной астрономической обсерватории Российской Акздеыии наук ( г. Санкт-Петербург ).

Научный руководитель -доктор физико-мзтемагических нзук А.А.Киселев

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук И.М.Копклов кандидат физико-математических нзук В.В.Орлов

• Ведущая организация - Государственный астрономический институт ш. П. К.Штернберга

Защита диссертации состоится " г.

в ^ час. ¿^«ин. на заседании Диссертационного совета (цифр К 002.92.01) по присуждения ученой степени кандидата физико-мзтемзтических наук при Глазной астрономической обсерватория РАН' по адресу: 195140,-г.Санкт-Петербург, Пулковское воосе, д.65/1.

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке ГАО РАН.

.Автореферат разослан " г.

Ученый секретарь Диссертационного совета' К 002.92.01,

кандидат физ.-ызт. наук 1 Ю.А.Наговщш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Исследование двойных звезд - традиционная задача для Пулковской обсерватории со дня ее образования. Определение орбит двойных звездных систем дает величину фундаментального значения для современной астрономии - массу звезд. В последнее время во всем мире возрос интерес к изучению двойных и кратных звездных систем в связи с проблемой поиска "коричневых карликов". Немаловажным является вопрос об ориентации орбит двойных звезд, что связано с проблемой их образования.

В астрометрии задачи по определению орбит визуально-двойных звезд (ВДЗ), расстояний до них и масс решаются взаимосвязанно и без привлечения каких-либо гипотез астрофизического характера. Для сравнительно быстро обращающихся ВДЗ, когда возможно накопить наблюдения, охватывающие половину периода обращения звезды, используются классические, хорошо известные методы определения орбит. Для звезд с периодом обращения 500-1000 лет классические методы применить невозможно.

Метод параметров видимого движения (ГОД), предложенный A.A. Киселевым, представляет собой новый подход к решению этих задач. Метод ГОД является эффективным аппаратом исследования близких звезд с большими периодами обращения, если обычные фотографические наблюдения дополнить наблюдениями тригонометрических параллаксов и спектральными наблюдениями относительных лучевых скоростей компонент изучаемых звезд.

Параметрами видимого движения мы называем пять следующих величин: р и 0 - угловое расстояние и позиционный угол спутника В относительно главной звезды А на момент Т0. приблизительно соответствующий середине интервала наблюдений, р. и Ф - величина и позиционный угол видимого (относительного) движения В относительно А, рс - радиус кривизны наблюдаемой дуги орбиты.

С начала 1960-х годов в Пулкове ведутся позиционные наблюдения более 200 визуально-двойных звезд на 26-дюймовом рефракторе. Полученные ряды высокоточных относительных положений позволяют уверенно определять параметры видимого движения.

' Лучевые скорости компонент нескольких звезд Пулковской программы были получены на б-метровом телескопе (БТА CAO РАН). С 1986г. около 40 наших ВДЗ наблюдаются на телескопах средних раз-

меров в Москве и Крыму с помощью Измерителя лучевых скоростей звезд (ИЛС) А.А.Токовинина (ГАИШ) по нашей просьбе.

Значения тригонометрических параллаксов, используемые в данной работе, взяты из известных каталогов. В случае, когда возможны наблюдения тригонометрических параллаксов исследуемых звезд в условиях Пулкова, используются пулковские параллаксы.

Среди ВДЗ Пулковской программы имеется около двух десятков звезд, для которых к настоящему времени накоплен полный набор наблюдательных данных, необходимых для применения метода ПВД. Таковыми являются ADS 48, 2427, 2757, 5983 (5 Gern), 6646, 7251, 8002, 8236, 8250, 8397, 9031, 9090, 9167, 9696 (rtUMi), 10329, 10386, 10759 (ф Dra), 11061 (41&40 Dra), 11632, 12169, 12815 (16 Cyg) и 14636 (61 Cyg). Для других звезд программы наблюдения продолжаются.

Однако среди указанных звезд есть широкие ВДЗ, которые имеют настолько медленное обращение, что из наблюдений не определяется важнейший параметр метода ПВД - кривизна наблюдаемой дуги орбиты. Тем не менее, имея полный комплекс необходимых наблюдательных данных для такой эвезды, оказалось возможным определить семейство возможных орбит, две из которых - наиболее вероятные.

Дель диссертации

1. На основе метода ПВД разработать методику получения орбит широких ВДЗ в случае невозможности определения кривизны.

2. Разработать методику обработки спектральных наблюдений с целью получения относительных- лучевых скоростей компонент ВДЗ в применении к наблюдениям на 6-метровом телескопе (БТА ОАО).

3. Составить алгоритмы и программы для ЭВМ в соответствии с разработанной методикой.

4. Применить разработанные методики к доступному наблюдательному материалу для определения орбит и масс некоторых широких ВДЗ.

Научная новизна работы

1. Предлагается новая методика определения относительных лучевых скоростей компонент визуально-двойных звезд на основе спектральных наблюдений на БТА.

2. Впервые предлагается методика динамического исследования широких ВДЗ в случае невозможности определения кривизны наблю-

даемой дуги орбиты.

3. Впервые обнаружен избыток массы для 2х из 9 ВДЗ, а именно -ADS .10759 и 11061. Для последней звезды этот вывод подтвержден спектральными наблюдениями. Для остальных 7 ВДЗ наблюдательные данные не противоречат принятым значениям масс.

4. Впервые определены семейства орбит 9 широких двойных звезд и их ориентация в галактической системе координат.

5. Предлагается новая методика определения орбиты с однозначным указанием долготы восходящего узла в случае наличия "старых" наблюдений.

Практическая ценность представленной работы состоит в том, что она используется в плановых исследованиях Лаборатории фотографической астрометрии ГАО РАН:

1. Комплекс программ для ЭВМ обеспечивает обработку измерений 'спектрограмм с целью получения относительных лучевых скоростей компонент ВДЗ и индивидуальных лучевых скоростей как двойных, так и одиночных звезд.

2. Комплекс программ для ЭВМ используется для динамического исследования широких ВДЗ по мере поступления полного набора наблюдательных данных.

3. Определение ориентации орбит 9-ти ВДЗ в галактической системе координат предоставляет фактический материал для исследований в области динамической эволюции широких пар звезд.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы ( 63 наименования ). Общий объем составляет 105 страниц, включая 21 рисунок и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложена ее цель, сформулированы основные положения, характеризующие новизну работы, и перечислены основные результаты, выносимые на защиту. Кратко описана структура и содержание диссертации.

В 1ой главе рассматриваются, в основном, методические вопросы. Здесь описывается Пулковская программа комплексных исследо-

ваний визуально-двойных звезд (ВДЗ) в окрестностях Солнца, приводятся основные формулы метода параметров видимого движения (ГОД). Также обосновывается возможность его эффективного применения, вытекающая из соотношения точностей используемых современных наблюдательных данных.

Далее приведены общие сведения об исследуемых широких ( угловое разделение от 8" до 39" ) ВДЗ, для которых к настоящему времени накоплен полный комплекс наблюдений, необходимых для применения метода ГОД. А именно: ADS 7251, 10329, 10386, 10759 (Ф Dra), 11061 (41&40 Dra), 11632, 12169, 12815 (16 Cyg) и 14636 (61 Суд). Физическая связь компонент в этих парах подтверждается фактом их большого общего собственного движения (д > 0.100'Угод).

Оцениваются также минимальные периоды позиционных наблюдений исследуемых звезд, необходимых для получения ПВД-орбиты. Показано, что с достигнутой точностью необходимо наблюдать на 26" рефракторе ADS 7251. 11632 и 14636 около 20 лет, ADS 12169 около 50 лет, остальные 5 ВДЗ от 120 до 350 лет как минимум.

IIя глава посвящена позиционным наблюдениям ВДЗ. Здесь кратко описан стандартный процесс обработки фотографических наблюдений ВДЗ на 26" рефракторе ГАО РАН. Рассмотрена задача восстановления, астрометрической истории исследуемой звезды по данным астрогра-фических каталогов, включая каталоги "Carte du Ciel".

Для двух звезд - ADS 12815 и ADS 10759 - приведены относительные положения компонент по данным каталогов и нормальные места Пулковского ряда позиционных наблюдений, полученные автором диссертации по собственным измерениям.Сравниваются параметры видимого движения компонент этих ввезд, полученные по Пулковскому, Вашингтонскому и объединенному (Пулково + каталоги) рядам.

Показано, что объединение визуальных наблюдений прошлого века и современных рядов фотографических наблюдений не приводит к улучшению параметров видимого движения. Однако анализ астро-метрических данных показал наличие возмущений в относительном движении компонент системы ADS 10759. Кривизна наблюдаемой дуги орбиты в движении обеих звезд не определяется.

В 111ей главе решается задача определения относительных лучевых скоростей компонент ВДЗ Пулковской программы по спектральным наблюдениям на 6-метровом телескопе ( БТА CAO РАН ). Описана методика проведенных в 1982-1987 гг. наблюдений ( камера ОЗСП-2,

дисперсия 9 А/мм, пластинки Kodak ПаО ), измерений ( осцилло-скопический спектрокомпаратор CAO РАН ) и их обработки.

Поскольку компоненты звезд нашей программы практически совпадают по спектральному классу, сотрудником CAO Е.Л.Ченцовым была предложена следующая методика наблюдений. На одну пластинку экспонировались спектры обеих компонент исследуемой звезды вплотную друг к другу симметрично относительно середины изображения щели. В этом случае возможно определение относительной лучевой скорости непосредственно по смещению одних и тех же линий в спектрах компонент.

Рассмотрена проблема системы эффективных длин волн, для звезд поздних спектральных классов. Сделаны оценки ошибки определения относительной и индивидуальной лучевой скорости компонент ВДЗ.

Приведены результаты определения относительных и индивидуальных лучевых скоростей компонент 4-х ВДЗ ( ADS 7251, 10759, 12169 и 12815 ) по наблюдениям на БТА с точностью 0.2-0.4 км/с. Даны также результаты для ADS 14636, полученные Е.Л.Ченцовым С см. Киселев и др., 1987 ) по приведенной методике, и для звезды с невидимым спутником Lalande 21185.

Наши наблюдения хорошо согласуются с современными наблюдениями корреляционным методом (КОРАВЕЛ, Мурби и Гриффин.1987, Марси и Бенитц.1989, Дюкеннуа и Майор,1991; ИЛС, А.А.Токовинин,1994) и имеют точности одного порядка (на одно измерение). В частности, как наши, так и другие современные наблюдения показывают, что компоненты ADS 7251, 10759 и 12815 имеют постоянные лучевые скорости ( в Каталоге ярких звезд Д.Хоффлейт (1982) стоит пометка об их переменности ). Из сравнения наших результатов с результатами других авторов выведена поправка к стандартной системе лучевых скоростей.

Использование разработанного нами алгоритма показало, что он. оправдывает себя только для ярких ВДЗ (до 7.8т) при наличии более 100 измеренных спектральных линий. Для более слабых звезд на наблюдения с использованной аппаратурой необходимо около 3 часов экспозиции на одну компоненту, что нецелесообразно. Определение лучевой скорости звезды на телескопах средних размеров с помощью ИЛС требует экспозиций порядка нескольких минут для звезд до 10т.

Явное преимущество прибора ИЛС позволило нам приступить к определению орбит методом ПВД таких слабых звезд 8-9т, как ADS

10329, 10386, 11632 и др. (см. Токовинин, 1994). То же касается ADS 11061, каждая из компонент которой оказалась спектрально-двойной по многочисленным наблюдениям' Токовинина(1995). Спектрограммы, полученные для этой звезды на БТА, на осциллоскопическом спектрокомпараторе CAO не измеримы из-за двойственности и размытости спектральных линий.

IY" глава посвящена динамическому исследованию широких ВДЗ методом ПВД. В случае, когда кривизна наблюдаемой дуги орбиты не определяется, нет возможности вычислить пространственное расстояние г между компонентами. Однако можно определить предельные, значения величины г, если иметь в виду несомненную физическую связь компонент в паре (их большое общее собственное движение относительно звезд фона), т.е. эллиптичность движения.

Нижней границей величины г является наблюдаемая величина проекции на картинную плоскость rmin. верхней - величина Гщах. соответствующая параболическому движению в звездной системе при наблюдаемой пространственной скорости. В случае несоответствия данных ( Гщщ > imax ) либо звезда ближе, чем дает тригонометрический параллакс, либо масса системы больше нормальной, т.е. соответствующей спектральным классам компонент.

Это ограничение позволяет произвести надежную оценку массы звездной системы. Так, анализ наблюдательных данных показал, что сумма масс компонент ADS 10759 и 11061 в 1.5-2.0 раза превышает нормальную (возможно наличие третьего тела). Для последней этот вывэд был подтвержден А.А.Токовининым по наблюдениям лучевых скоростей компонент, каждая из которых оказалась спектрально-двойной звездой. Для остальных 7-ми ВДЗ наблюдательные данные не противоречат принятым значениям масс звездных систем.

Предположение о том, что две широкие пары - ADS 10759 и 12815 - находятся ближе к Солнцу, чем дает Каталог тригонометрических параллаксов Дженкинс, было подтверждено в новом каталоге ван Альтена и др. (1991).

Задавая расстояние г в указанных границах с некоторым шагом, получаем семейство соответствующих орбит. Динамические элементы (а, Р и е) этих орбит могут различаться очень существенно, геометрические элементы, определяющие ориентацию орбитальной' плоскости и периастра, более устойчивы к начальным данным. В полученном семействе наиболее вероятной является орбита, соот-

ветствующая среднестатистическому расстоянию. Орбиты звезд ADS 7251, 11632 и 14636, определенные классическими методами, это положение подтверждают.

Далее в 1У°Й главе подробно описаны следующие алгоритмы динамического исследования широких ВДЗ методом ПВД : (1) определение орбиты ВДЗ для заданного расстояния между компонентами, (2) определение ориентации орбиты ВДЗ в галактической системе координат, (3) определение эфемерид положения и относительной лучевой скорости компонент ВДЗ. Приведены элементы семейств ПВД-орбит, соответствующих предельным и наивероятнейшим случаям, и их ориентация в галактической системе координат для 9-ти широких • ВДЗ, имеющих необходимый набор наблюдательных данных.

Для ADS 14636 ( 61 Сук ) представлена орбита с однозначным указанием долготы восходящего узла и наклонения орбиты. Показано, что это возможно в методе ПВД благодаря использованию высокоточных данных о лучевых скоростях компонент и "старых" наблюдений. Приведено сравнение полученной орбиты как с наблюдениями, так и с результатами других авторов.

В заключении формулируются основные результаты диссертации: 1. Разработаны следующие алгоритмы исследования визуально-двойных звезд: а) определение относительных лучевых скоростей компонент ВДЗ; б) вычисление орбиты ВДЗ при условии, что не определяется кривизна наблюдаемой дуги орбиты; в) определение ориентации орбит ВДЗ в галактической системе координат; г) определение эфемериды положения и относительной лучевой скорости компонент.

' 2. Получены: а) относительные лучевые скорости компонент 4 ВДЗ; б) семейства орбит 9-ти широких ВДЗ, у которых не определяется кривизна наблюдаемой дуги орбиты; в) ориентация этих орбит в галактической системе координат; г) орбита ADS 14636 с однозначным указанием долготы восходящего узла и наклонения орбиты.

3. Показано, что объединение визуальных наблюдений прошлого века и современных рядов фотографических позиционных наблюдений не приводит к улучшению параметров видимого' движения. Однако анализ астрометрических данных показал наличие возмущений в относительном движении компонент системы ADS 10759.

4. В некоторых случаях установлена ошибочность исходных данных -

принятых значений параллакса (для ADS 10759 и 12815) и массы звездной системы (для ADS 10759 и 11061 - наличие IIIго тела).

5. Показано, что в случае, когда не определяется кривизна наблюдаемой дуги орбиты, возможно получение только семейства орбит,

. различных в динамическом отношении, но близких в геометрическом, удовлетворяющих наблюдениям. В полученном семействе наиболее вероятной является орбита, соответствующая среднестатистическому расстоянию.

6. Получение индивидуальных орбит возможно только для 3 близких ВДЗ - ADS 7251, 11632 и 14636 (61 Cyg) - при наличии более длинных рядов измеренных координат. Остальные 6 из 9-ти исследуемых ВДЗ требуют дальнейших наблюдений (от 50 до 350 лет).

7. Исследование ориентации полученных орбит для 9 ВДЗ показало, что : а) орбиты не компланарны плоскости Галактики; б) распределение ориентации орбит в галактической системе координат не противоречит случайному.

8. На примере 61 Cyg подтверждено, что выявление реальной орбиты из двух ПВД-решений возможно только при наличии "старых" наблюдений, далеко отстоящих во времени от основной короткой дуги.

Автор выносит на защиту:

1. Методику определения относительных лучевых скоростей, компонент ВДЗ по наблюдениям на БТА.

2. Методику определения ПВД-орбиты ВДЗ для заданного расстояния между компонентами, включая ее ориентацию в галактической системе координат и определение эфемериды положения и относительной лучевой скорости компонент.

3. Методику динамического исследования широких ВДЗ в случае • невозможности определения кривизны наблюдаемой дуги орбиты.

4. Результаты применения разработанных методик к имеющемуся наблюдательному материалу.

I

Апробация. Результаты диссертации неоднократно докладывались на семинарах астрометрических и астрофизических отделов ГАО РАН, а также на семинарах АО ЛГУ (1987, 1992 и 1994 гг.), CAO АН СССР (1986 г.) и ГАИШ (1992 г.), на Всесоюзной, студенческой научной конференции (Челябинск, 1987 г.), Школе молодых астрономов.(CAO АН СССР, 1987 г.), Всесоюзном совещании по двойным звездам (Пул-

kobo, 1588 г.), Всероссийской астрометрической конференции (Пулково, 1993 г.)» Международных конференциях - по теоретической астрономии (С.-Петербург, 1994 г.) и по звездным системам (Петрозаводск, 1995 г.), симпозиумах MAC (N 155, Шанхай, 1992 г.; N 165, Гаага, 1994 г.).

Публикации и воад автора. По теме диссертации опубликовано 8 научных статей, из которых 2 в соавторстве. Б работе С5] Е.Л. Ченцову принадлежит общее руководство, в работе [7] А.А.Киселеву - постановка задачи и дискуссия результатов, Л.Г.Романенко в обеих работах С5 и 7] - практическое выполнение исследований, включая создание пакета программ на ЭВМ, вычисления и большую часть измерений, и дискуссия результатов.

1. Романенко Л.Г. Определение лучевых скоростей компонент визуально-двойной звезды ADS 7251. // Астрофиз.иссл. (йэв.САО), 1988, т.27, с.50-56.

2. Романенко Л.Г. Новые орбиты визуально-двойных ЗЕеэд AD5 7251 и ADS 12169. //"Астрономо-геодезические исследования. Близкие двойные и кратные заезды.", Свердловск: УрГУ, 1990, с.92-96.

3. Романенко Л.Г. Лучевая скорость близкой к Солнцу звезды

. Лаланд 21185 по наблюдениям на 6-метровсм телескопе (БТА). //

Астрон. циркуляр, 1991, К 1551, с.20-21.

4. Romanenko L.G. Relative Radial Velocities of Visual Binary Components Observed on the 6-m Telescope (BTA). II. ADS 10759 and ADS 12815. // Astrofiz. Issled. (Izv.SAO), 1993, v.36, p.72-81.

5. Романенко Л.Г.,Ченцов Е.Л. Определение относительных лучевых скоростей компонент визуально-двойных звезд по наблюдениям на 6-метровом телескопе. // Астрон. журн., 1994, т.71, N 2, с.278-281..

6. Романенко Л.Г. Определение орбит широких двойных згезд ADS

• 10759 (Psi Dra) и ADS 12315 (16 Cyg) методом параметров видимого движения. // Астрон.журн., 1994, т.71, N 5, с.875-881.

7. Kisselev A.A., Рогпзлепко L.G. The Dynarrical Investigation of Nine Wide Visual Double Stars in the Neighbourhood of the Sun. . "Astronomical and Astrophysical Objectives of Sub-Mi 11 i-srcseccnd Optical Astrornetry", Proceeding's of Symp. IAU N 155.

Hague, 1994, p.395. 3. Romanenko L.G. The New Orbit of 61 Cygni as Determined by the Method of Apparent Motion Parameters in Pulkovo. // "Structure and Evolution of Stellar Systems", Abstracts of the Conference, 1995, Petrozavodsk, p.25.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Киселев и др.,1987 - А.А.КИСЕЛЕВ, О.Б.КИЯЕВА, Е.Л.ЧЕНЦОБ. //"Современная астрометрия", Ленинград, с.100-104.

Дюкеннуа и Мзйор, 1991 - А.DUQUENNOY, M.MAYOR. //Astron.and Ast-rophys., v.248, N2, р.485-524.

Марси и Бенитц, 1989 - G.W.MARCY, K.J.BENITZ. // Astroph. J., v. 344, Nl,p.441.

Мурби и Гриффин, 1987 - С.L.MORBEY, R.F.SRIFFIN. // Astroph. J., v.317, p.343.

А.А.Токовинин, 1994 - Астрон. журн., т.71, К 2, с.293-296.

А.А.Токовинин, 1SS5 - Письма в Астрон. дурн., т.21, Н 4, с.285.

/ Л.Г.Романенко