Помощь студентам в учебе
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ
|
Введение: 2
Глава I. Обзор наблюдательных данных и моделей взрывных переменных: 8
1.1. Общая модель взрывных переменных
1.2. Виды вспышечной активности у ВП
1.3. Модель Роша для ВП
1.4. Проблемы
Глава II. Методика наблюдений и обработки наблюдательных данных: 1(1
2.1. Фотоэлектрические наблюдения
2.2. ПЗС-наблюдения
2.3. Особенности дальнейшей обработки наблюдений
2.4. Орбитальные кривые блеска как наблюдательный критерий двойственности ВП.
2.5. Актуальность фотометрических исследований
Глава III. Новые и карликовые новые звезды: 21
3.1. Исследование классических Новых звезд
3.2. Рентгеновские Новые
3.3. Симбиотические Новые
3.4. Исследование карликовой новой IP Peg.
3.5 Основные результаты
Глава IV. Звезды типа SU UMa - подкласс ВП: 7.1
4.1. Общие характеристики звезд тира SU UMa
4.2. Результаты наблюдений звезд тина SU UMa
4.3. Звезды с “суперхампами”
4.4. Основные результаты
Глава V. Новоподобные звезды: 96
5.1. Общие замечания
5.2. Результаты наблюдений
5.3. Основные выводы.
Заключение: 121
Литература: 125
Глава I. Обзор наблюдательных данных и моделей взрывных переменных: 8
1.1. Общая модель взрывных переменных
1.2. Виды вспышечной активности у ВП
1.3. Модель Роша для ВП
1.4. Проблемы
Глава II. Методика наблюдений и обработки наблюдательных данных: 1(1
2.1. Фотоэлектрические наблюдения
2.2. ПЗС-наблюдения
2.3. Особенности дальнейшей обработки наблюдений
2.4. Орбитальные кривые блеска как наблюдательный критерий двойственности ВП.
2.5. Актуальность фотометрических исследований
Глава III. Новые и карликовые новые звезды: 21
3.1. Исследование классических Новых звезд
3.2. Рентгеновские Новые
3.3. Симбиотические Новые
3.4. Исследование карликовой новой IP Peg.
3.5 Основные результаты
Глава IV. Звезды типа SU UMa - подкласс ВП: 7.1
4.1. Общие характеристики звезд тира SU UMa
4.2. Результаты наблюдений звезд тина SU UMa
4.3. Звезды с “суперхампами”
4.4. Основные результаты
Глава V. Новоподобные звезды: 96
5.1. Общие замечания
5.2. Результаты наблюдений
5.3. Основные выводы.
Заключение: 121
Литература: 125
Одними из самых древних известных человечеству нестационарных звездных объектов являются Новые и Сверхновые звезды. Очевидно, что внезапное появление на небе яркой звезды не могло не привлечь внимание любого человека, достаточно хорошо знающего звездное небо. Приближенные методы вычисления или предсказания положений блуждающих звезд - планет - были известны еще до нашего летоисчисления (Рождества Христова). И только кометы и яркие Новые или Сверхновые звезды не вписывались в концепции древних описаний Вселенной, что, естественно, вызывало повышенный интерес. Мы не будем останавливаться на древних трактовках этих явлений, однако именно расшифровка античных записей и дальнейшая идентификация даты наблюдения явления, его координат,
блеска позволили современным астрономам лучше понять физику процессов, происходящих у описываемых объектов (Псковский, 1971; Горбацкий, 1974; Архипова, 1970, 1996).
Фактически, только в 1970-е годы благодаря систематическим высоко-точным фотометрическим и спектроскопическим наблюдениям, удалось окончательно доказать, что механизм, приводящий к вспышкам Новых звезд, связан с их двойственностью. После того, как двойственность была открыта у нескольких Новых звезд (Walker, 1954, 1956; Kraft, 1964; Крафт, 1965) стало ясно, что обнаруженная особенность - не случайность и причина вспышек должна быть связана именно с этим фактом. Впоследствии выяснилось, что все изученные Новые и новоподобные звезды входят в состав тесных двойных систем (ТДС), с очень короткими орбитальными периодами (всего несколько часов и менее).
Для уверенного анализа кривой блеска желательно получать непрерывные ряды наблюдений исследуемой звезды в течение одного или нескольких орбитальных периодов.
Хотя абсолютно уверенно доказать двойственность может только кривая лучевой скорости, тем не менее и фотометрическая кривая блеска, показывающая периодические изменения блеска, может служить достаточно уверенным критерием двойственности.
Если по фотометрическим наблюдениям найден орбитальный период, мы, анализируя кривую блеска, свернутую с этим периодом, можем получить обширную информацию для понимания физических процессов в исследуемой двойной системе. Как известно, доля двойных и кратных звезд в Галактике очень высока. По оценкам многих исследователей, например, Batten (1974, 1989), она достигает 70%.
Привлечение дополнительных данных из спектральных наблюдений (в первую очередь построение орбитальной кривой по лучевым скоростям) и методов математического моделирования дает возможность построить более надежную модель системы.
Одним из подклассов двойных систем являются так называемые взрывные переменные (ОКПЗ, 1985). В западной литературе принят термин “катаклизмические переменные” (cataclysmic variables, CVs), который также иногда используется и в нашей литературе для названия данной группировки звезд. В настоящей работе мы будем придерживаться названия “взрывные переменные” (ВП), подразумевая, что оно тождественно названию "катаклизмические переменные звезды"
К взрывным переменным, кроме классических Новых, относят и карликовые новые, большую часть новоподобных и другие родственные объекты. Оказалось, что многие рентгеновские источники также являются взаимодействующими двойными системами. Хотя симбиотические звезды являются широкими парами, у некоторых из них также происходят вспышки, отчасти сходные с вспышками Новых. Поэтому в настоящей работе будут проанализированы кривые блеска и избранных симбиотических звезд, у которых наблюдались вспышки, сходные со вспышками классических новых звезд.
В последние годы внедрение новых приборов (таких как ПЗС-приемники излучения) позволило получать качественные изображения и на небольших телескопах. Это дало возможность производить длительные наблюдения слабых звезд и, следовательно, иметь длинные и однородные ряды фото-метрических наблюдений.
Сформулируем основные задачи нашей работы:
1. получение длительных (30-100 лет) фотометрических рядов наблюдений для недостаточно изученных ВП, кандидатов в ВП, для недавно открытых объектов и для родственных ВП объектов;
2. анализ полученных временных рядов с помощью алгоритмов и программ, составленных автором, а также с использованием уже существующих методик;
3. поиск и изучение вариаций блеска, связанных с орбитальным движением компонент и косвенно подтверждающих двойственность системы; вычисление или уточнение орбитальных параметров;
4. исследование быстрых изменений блеска на временных шкалах от десятков секунд до десятков минут времени и QPO (квазипериодических осцилляций блеска);
5. исследование вспышечной активности у исследуемых звезд;
6. определение различных цветовых характеристик и анализ их изменений исследуемых звезд;
7. расчет теоретических моделей для избранных систем;
8. классификация исследуемых звезд.
Поставленные задачи и цели определяют актуальность всесторонних исследований ВП. Решение всех этих перечисленных задач невозможно без получения нового высококачественного наблюдательного материала, в первую очередь, фотометрического.
Научная новизна работы определяется тем, что на основе массовых наблюдений, проведенных с помощью описанных выше методов и приведенных к одной фотометрической системе, были составлены таблицы наблюдений избранных звезд, содержащие для некоторых звезд до нескольких тысяч измерений. Часть оригинальных наблюдений опубликована, часть
помещена на Интернет - страничку автора и доступна для использования всеми желающими.
Для подавляющего большинства ВП звезд из нашей программы детальные кривые блеска были получены впервые.
Автор на основе изучения полученного наблюдательного материала на-шел орбитальные периоды и доказал двойственность звезд: V723 Cas, RT Ser, Q Cvg, AC Cue, UU Aqr, DI Lac и др.
На основе однородного материала с использованием хорошо покрытых кривых блеска были уточнены орбитальные кривые блеска для ряда изучаемых звезд (MV Lyr, V Sge, V592 Cas, SW UMa и др.).
Изучен и представлен долговременный характер переменности нескольких объектов - MV Lyr, V723 Cas, V1016 Cyg и др.
Для нескольких звезд построены математические модели систем, основанные в первую очередь на наблюдениях автора.
Наиболее ценными представляются опубликованные и помещенные в базы данных в Интернете оригинальные фотометрические наблюдения блеска, полученные автором для 26 ВП, которые могут быть использованы другими исследователями:
- для изучения долговременной переменности блеска;
- для изучения орбитальных и спиновых вариаций;
- для изучения QPO, фликеринга и других быстротечных изменений блеска;
- для уточнения амплитуд периодических колебаний и изучения изменений формы кривых блеска;
- для изучения изменений цветов и положений звезд на различных цветовых диаграммах;
- для уточнения классификации ВП;
- для поиска затменных систем и построения их моделей;
- для решения статистических задач;
- для поиска новых релятивистских объектов, содержащих черные дыры, нейтронные звезды, которые могут встречаться среди недостаточно изученных ВП;
- для определения вероятных источников рентгеновского излучения;
- для проверки расчетов поздних стадий эволюции двойных систем.
Наша работа велась в течение 25 лет; результаты, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на семинарах в ГАИШ, КрАО, САО РАН, Одесской АО, на многочисленных международных конференциях, например,
— Конференции по ВП в Чили, 1991 г.
— Конференции по двойным системам в Италии, 1994 г.
— Рабочей группе по полярам в Кейптауне (ЮАР) в 1995 г.
— Конференции наблюдателей переменных звезд в Сьоне (Швейцария), 1997 г.
— Рабочей группе по симбиотическим звездам, Польша, 1995 г.
— Конференции по переменным звездам, Чехия, 1997 г.
— Конференции по временным рядам в астрономии, Израиль, 1997 г.
— Европейском астрономическом съезде, Россия, 2000 г.
блеска позволили современным астрономам лучше понять физику процессов, происходящих у описываемых объектов (Псковский, 1971; Горбацкий, 1974; Архипова, 1970, 1996).
Фактически, только в 1970-е годы благодаря систематическим высоко-точным фотометрическим и спектроскопическим наблюдениям, удалось окончательно доказать, что механизм, приводящий к вспышкам Новых звезд, связан с их двойственностью. После того, как двойственность была открыта у нескольких Новых звезд (Walker, 1954, 1956; Kraft, 1964; Крафт, 1965) стало ясно, что обнаруженная особенность - не случайность и причина вспышек должна быть связана именно с этим фактом. Впоследствии выяснилось, что все изученные Новые и новоподобные звезды входят в состав тесных двойных систем (ТДС), с очень короткими орбитальными периодами (всего несколько часов и менее).
Для уверенного анализа кривой блеска желательно получать непрерывные ряды наблюдений исследуемой звезды в течение одного или нескольких орбитальных периодов.
Хотя абсолютно уверенно доказать двойственность может только кривая лучевой скорости, тем не менее и фотометрическая кривая блеска, показывающая периодические изменения блеска, может служить достаточно уверенным критерием двойственности.
Если по фотометрическим наблюдениям найден орбитальный период, мы, анализируя кривую блеска, свернутую с этим периодом, можем получить обширную информацию для понимания физических процессов в исследуемой двойной системе. Как известно, доля двойных и кратных звезд в Галактике очень высока. По оценкам многих исследователей, например, Batten (1974, 1989), она достигает 70%.
Привлечение дополнительных данных из спектральных наблюдений (в первую очередь построение орбитальной кривой по лучевым скоростям) и методов математического моделирования дает возможность построить более надежную модель системы.
Одним из подклассов двойных систем являются так называемые взрывные переменные (ОКПЗ, 1985). В западной литературе принят термин “катаклизмические переменные” (cataclysmic variables, CVs), который также иногда используется и в нашей литературе для названия данной группировки звезд. В настоящей работе мы будем придерживаться названия “взрывные переменные” (ВП), подразумевая, что оно тождественно названию "катаклизмические переменные звезды"
К взрывным переменным, кроме классических Новых, относят и карликовые новые, большую часть новоподобных и другие родственные объекты. Оказалось, что многие рентгеновские источники также являются взаимодействующими двойными системами. Хотя симбиотические звезды являются широкими парами, у некоторых из них также происходят вспышки, отчасти сходные с вспышками Новых. Поэтому в настоящей работе будут проанализированы кривые блеска и избранных симбиотических звезд, у которых наблюдались вспышки, сходные со вспышками классических новых звезд.
В последние годы внедрение новых приборов (таких как ПЗС-приемники излучения) позволило получать качественные изображения и на небольших телескопах. Это дало возможность производить длительные наблюдения слабых звезд и, следовательно, иметь длинные и однородные ряды фото-метрических наблюдений.
Сформулируем основные задачи нашей работы:
1. получение длительных (30-100 лет) фотометрических рядов наблюдений для недостаточно изученных ВП, кандидатов в ВП, для недавно открытых объектов и для родственных ВП объектов;
2. анализ полученных временных рядов с помощью алгоритмов и программ, составленных автором, а также с использованием уже существующих методик;
3. поиск и изучение вариаций блеска, связанных с орбитальным движением компонент и косвенно подтверждающих двойственность системы; вычисление или уточнение орбитальных параметров;
4. исследование быстрых изменений блеска на временных шкалах от десятков секунд до десятков минут времени и QPO (квазипериодических осцилляций блеска);
5. исследование вспышечной активности у исследуемых звезд;
6. определение различных цветовых характеристик и анализ их изменений исследуемых звезд;
7. расчет теоретических моделей для избранных систем;
8. классификация исследуемых звезд.
Поставленные задачи и цели определяют актуальность всесторонних исследований ВП. Решение всех этих перечисленных задач невозможно без получения нового высококачественного наблюдательного материала, в первую очередь, фотометрического.
Научная новизна работы определяется тем, что на основе массовых наблюдений, проведенных с помощью описанных выше методов и приведенных к одной фотометрической системе, были составлены таблицы наблюдений избранных звезд, содержащие для некоторых звезд до нескольких тысяч измерений. Часть оригинальных наблюдений опубликована, часть
помещена на Интернет - страничку автора и доступна для использования всеми желающими.
Для подавляющего большинства ВП звезд из нашей программы детальные кривые блеска были получены впервые.
Автор на основе изучения полученного наблюдательного материала на-шел орбитальные периоды и доказал двойственность звезд: V723 Cas, RT Ser, Q Cvg, AC Cue, UU Aqr, DI Lac и др.
На основе однородного материала с использованием хорошо покрытых кривых блеска были уточнены орбитальные кривые блеска для ряда изучаемых звезд (MV Lyr, V Sge, V592 Cas, SW UMa и др.).
Изучен и представлен долговременный характер переменности нескольких объектов - MV Lyr, V723 Cas, V1016 Cyg и др.
Для нескольких звезд построены математические модели систем, основанные в первую очередь на наблюдениях автора.
Наиболее ценными представляются опубликованные и помещенные в базы данных в Интернете оригинальные фотометрические наблюдения блеска, полученные автором для 26 ВП, которые могут быть использованы другими исследователями:
- для изучения долговременной переменности блеска;
- для изучения орбитальных и спиновых вариаций;
- для изучения QPO, фликеринга и других быстротечных изменений блеска;
- для уточнения амплитуд периодических колебаний и изучения изменений формы кривых блеска;
- для изучения изменений цветов и положений звезд на различных цветовых диаграммах;
- для уточнения классификации ВП;
- для поиска затменных систем и построения их моделей;
- для решения статистических задач;
- для поиска новых релятивистских объектов, содержащих черные дыры, нейтронные звезды, которые могут встречаться среди недостаточно изученных ВП;
- для определения вероятных источников рентгеновского излучения;
- для проверки расчетов поздних стадий эволюции двойных систем.
Наша работа велась в течение 25 лет; результаты, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на семинарах в ГАИШ, КрАО, САО РАН, Одесской АО, на многочисленных международных конференциях, например,
— Конференции по ВП в Чили, 1991 г.
— Конференции по двойным системам в Италии, 1994 г.
— Рабочей группе по полярам в Кейптауне (ЮАР) в 1995 г.
— Конференции наблюдателей переменных звезд в Сьоне (Швейцария), 1997 г.
— Рабочей группе по симбиотическим звездам, Польша, 1995 г.
— Конференции по переменным звездам, Чехия, 1997 г.
— Конференции по временным рядам в астрономии, Израиль, 1997 г.
— Европейском астрономическом съезде, Россия, 2000 г.
Основная цель диссертации заключается в попытке обобщить огромный наблюдательный материал по фотометрическим наблюдениям ВП, уточнить или независимо определить их орбитальные периоды, изучить формы кривых блеска, их изменения в зависимости времени и от общего состояния системы, по возможности открыть новые ВП и более деталь¬но исследовать физические процессы проявления двойственности у уже открытых звезд.
За 25 лет наблюдений были получены результаты, которые описаны в главах 3, 4 и 5.
Настоящая работа состоит из введения, пяти глав и заключения.
Во введении формулируется тема работы, кратко описана история исследования ВП, поставлены основные задачи, перечислены программные звезды, проблемы, которые автор рассматривал, кратко перечислены полученные результаты и трудности, с которыми встречался автор при исследовании. Указано, где представлялись результаты исследований и упомянуты основные публикации.
Глава I посвящена описанию общей модели ВП. Перечислены причины, вызывающие те ли иные проявления вспышечной активности, дана классификация ВП, детально рассмотрена модель Роша для ВП и сформулированы основные проблемы, касающиеся этих звезд.
Глава II описывает методики, которые использовал автор при получении наблюдательного материала: это фотографические, фотоэлектрические и ПЗС наблюдения. Рассматриваются особенности, преимущества и недостатки каждого метода, показано, что фотометрические исследования являются актуальными и с их помощью возможно выявить (с некоторыми оговорками) двойственность исследуемой звезды и, следовательно, принадлежность классу ТДС.
Глава III описывает наблюдения и анализ кривых блеска новых звезд различных подклассов. Проанализированы результаты наблюдений четырнадцати звезд - четырех классических Новые, одной повторной Новой, четырех Новых - оптических двойников рентгеновских источников, четырех симбиотических новых звезд и одной карликовой новой.
Для этих объектов были построены и пранализированы кривые блеска на спаде вспышки или в спокойном состоянии, найдены или заподозрены орбитальные периоды или циклы вспышечной активности.
Особо важный результат - анализ зависимости амплитуды и формы орбитальной кривой блеска от уровня блеска (на спаде после вспышки) для Новой звезды.
Для Новой 1995 г. V723 Cas автором впервые был найден не только орбитальный период, но и прослежена его эволюция - от полного отсутствия периодической орбитальной волны до постепенного возрастания амплитуды (по мере остывания и рассеяния сброшенной оболочки) почти до 1™. Аналогичных наблюдений других авторов не известно.
Похожий результат получен также для симбиотической новой RT Ser, автор нашел орбитальный период, а по архивным данным восстановил кривую спада блеска и нашел, что орбитальная волна появилась при увеличении излучения (за счет рассеивания сброшенной оболочки) с компактного компонента, при этом видимая темперптура компактного компонента повысилась с 7500К до 114000К.
Для Новых V723 Cas и V1974 Cyg прослежены цветовые изменения блеска, дана их интерпретация.
Для карликовой новой IP Peg мы впервые построили модель системы, которая впоследствии была подтверждена дальнейшими наблюдениями. Показана сильная переменность формы и светимости аккреционного диска и горячего образования на нем. Полученная нами еще в 1985 г. форма горячего пятна представляла собой вытянутое светящееся образование. В конце 1990-х годов теоретические расчеты (Bisikalo, Boyarchuk, Chechetkin et al., 1998; Harmanec, Bisikalo, Boyarchuk, Kuznetsov, 2002) показали, что в некоторых случаях вместо пятна на диске как раз и могут появляться структуры, напоминающие светящуюся линию, которую мы фактически и обнаружили за 15 лет до этих расчетов.
Кроме того, показано сходство оптических кривых для рентгеновских Новых V616 Моп и KV UMa.
За 25 лет наблюдений были получены результаты, которые описаны в главах 3, 4 и 5.
Настоящая работа состоит из введения, пяти глав и заключения.
Во введении формулируется тема работы, кратко описана история исследования ВП, поставлены основные задачи, перечислены программные звезды, проблемы, которые автор рассматривал, кратко перечислены полученные результаты и трудности, с которыми встречался автор при исследовании. Указано, где представлялись результаты исследований и упомянуты основные публикации.
Глава I посвящена описанию общей модели ВП. Перечислены причины, вызывающие те ли иные проявления вспышечной активности, дана классификация ВП, детально рассмотрена модель Роша для ВП и сформулированы основные проблемы, касающиеся этих звезд.
Глава II описывает методики, которые использовал автор при получении наблюдательного материала: это фотографические, фотоэлектрические и ПЗС наблюдения. Рассматриваются особенности, преимущества и недостатки каждого метода, показано, что фотометрические исследования являются актуальными и с их помощью возможно выявить (с некоторыми оговорками) двойственность исследуемой звезды и, следовательно, принадлежность классу ТДС.
Глава III описывает наблюдения и анализ кривых блеска новых звезд различных подклассов. Проанализированы результаты наблюдений четырнадцати звезд - четырех классических Новые, одной повторной Новой, четырех Новых - оптических двойников рентгеновских источников, четырех симбиотических новых звезд и одной карликовой новой.
Для этих объектов были построены и пранализированы кривые блеска на спаде вспышки или в спокойном состоянии, найдены или заподозрены орбитальные периоды или циклы вспышечной активности.
Особо важный результат - анализ зависимости амплитуды и формы орбитальной кривой блеска от уровня блеска (на спаде после вспышки) для Новой звезды.
Для Новой 1995 г. V723 Cas автором впервые был найден не только орбитальный период, но и прослежена его эволюция - от полного отсутствия периодической орбитальной волны до постепенного возрастания амплитуды (по мере остывания и рассеяния сброшенной оболочки) почти до 1™. Аналогичных наблюдений других авторов не известно.
Похожий результат получен также для симбиотической новой RT Ser, автор нашел орбитальный период, а по архивным данным восстановил кривую спада блеска и нашел, что орбитальная волна появилась при увеличении излучения (за счет рассеивания сброшенной оболочки) с компактного компонента, при этом видимая темперптура компактного компонента повысилась с 7500К до 114000К.
Для Новых V723 Cas и V1974 Cyg прослежены цветовые изменения блеска, дана их интерпретация.
Для карликовой новой IP Peg мы впервые построили модель системы, которая впоследствии была подтверждена дальнейшими наблюдениями. Показана сильная переменность формы и светимости аккреционного диска и горячего образования на нем. Полученная нами еще в 1985 г. форма горячего пятна представляла собой вытянутое светящееся образование. В конце 1990-х годов теоретические расчеты (Bisikalo, Boyarchuk, Chechetkin et al., 1998; Harmanec, Bisikalo, Boyarchuk, Kuznetsov, 2002) показали, что в некоторых случаях вместо пятна на диске как раз и могут появляться структуры, напоминающие светящуюся линию, которую мы фактически и обнаружили за 15 лет до этих расчетов.
Кроме того, показано сходство оптических кривых для рентгеновских Новых V616 Моп и KV UMa.