Эпплгейтный механизм
Механизм Эпплгейта ( механизм Эпплгейта или эффект Эпплгейта ) объясняет долгосрочные изменения орбитального периода, наблюдаемые в некоторых затменно-двойных системах . Когда звезда главной последовательности проходит цикл активности, внешние слои звезды подвергаются воздействию магнитного момента, изменяющего распределение углового момента, что приводит к изменению сжатия звезды. Орбита звезд двойной пары гравитационно связана с изменением их формы, так что период демонстрирует модуляции (обычно порядка ∆P/P ~ 10 −5 ) в том же временном масштабе, что и циклы активности (обычно порядка десятилетий). [1]
Введение
[ редактировать ]Тщательное определение времени затменно-двойных систем показало, что системы, демонстрирующие модуляции орбитального периода порядка ∆P/P ~ 10 −5 в течение десятилетий довольно распространены. Ярким примером такой системы является Алгол , подробные записи наблюдений которого насчитывают более двух столетий. За этот промежуток времени график временной зависимости разницы между наблюдаемым временем затмений и предсказанным временем показывает особенность (называемую «большим неравенством») с полной амплитудой 0,3 дня и повторяющимся временным масштабом в столетия. . На эту особенность накладывается вторичная модуляция с полной амплитудой 0,06 дня и повторяющимся временным масштабом около 30 лет. Модуляции орбитального периода аналогичной амплитуды наблюдаются в других двойных системах Алгола . и [1]
Хотя эти периодические модуляции повторяются, они не следуют строго регулярному циклу. Нерегулярная повторяемость исключает попытки объяснить эти модуляции периода прецессией апсид или присутствием далеких, невидимых спутников. В объяснениях апсидальной прецессии также есть проблема: они требуют эксцентричной орбиты, но системы, в которых наблюдаются эти модуляции, часто демонстрируют орбиты с небольшим эксцентриситетом. Более того, в объяснениях третьего тела возникает проблема, заключающаяся в том, что во многих случаях третье тело, достаточно массивное, чтобы вызвать наблюдаемую модуляцию, не должно было избежать оптического обнаружения, если только третье тело не было весьма экзотическим. [2]
Еще одним явлением, наблюдаемым в некоторых двойных системах Алгола, является монотонное увеличение периода. Это совершенно отличается от гораздо более распространенных наблюдений попеременного увеличения и уменьшения периода, объясняемых механизмом Эпплгейта. Монотонное увеличение периода объясняется переносом массы, обычно (но не всегда) от менее массивной звезды к более массивной. [3]
Механизм
[ редактировать ]Временной масштаб и повторяемость этих модуляций орбитального периода позволили Матезе и Уитмайру (1983) предположить механизм, вызывающий изменения квадрупольного момента одной звезды с последующим спин-орбитальным взаимодействием. Однако они не смогли дать убедительного объяснения того, что может вызывать такие флуктуации квадрупольного момента. [4]
Взяв за основу механизм Матезе и Уитмайра, Эпплгейт утверждал, что изменения радиуса вращения одной звезды могут быть связаны с циклами магнитной активности. [1] Подтверждением его гипотезы стало наблюдение о том, что большая часть вторичных звезд позднего типа двойных звезд Алголя, по-видимому, представляет собой быстро вращающиеся конвективные звезды, а это означает, что они должны быть хромосферно активными. Действительно, модуляции орбитального периода наблюдаются только в двойных системах типа Алголя, содержащих конвективную звезду позднего типа. [3]
Учитывая, что гравитационное квадрупольное взаимодействие участвует в изменении орбитального периода, остается вопрос, как магнитное поле может вызвать такие изменения формы. Большинство моделей 1980-х годов предполагали, что магнитное поле будет деформировать звезду, выводя ее из гидростатического равновесия. Однако Марш и Прингл (1990) продемонстрировали, что энергия, необходимая для создания таких деформаций, превысит общий выход энергии звезды. [5]
Звезда не вращается как твердое тело. Внешние части звезды вносят наибольший вклад в квадрупольный момент звезды. Эпплгейт предположил, что по мере того, как звезда проходит свой цикл активности, магнитные моменты могут вызывать перераспределение углового момента внутри звезды. В результате вращательное сжатие звезды изменится, и это изменение в конечном итоге приведет к изменению орбитального периода через механизм Матезе и Уитмайра. Расчеты энергетического баланса показывают, что активная звезда обычно должна быть переменной на уровне ΔL/L ≈ 0,1 и должна дифференциально вращаться на уровне ΔΩ/Ω ≈ 0,01. [1]
Применимость
[ редактировать ]Механизм Эпплгейта делает несколько проверяемых предсказаний:
- Изменения светимости активной звезды должны соответствовать модуляциям орбитального периода.
- Любой другой индикатор магнитной активности ( т. е. активность солнечных пятен, рентгеновская светимость короны и т. д. ) также должен показывать изменения, соответствующие модуляциям орбитального периода.
- Поскольку большие изменения радиуса звезды исключаются из соображений энергетики, изменения светимости должны быть полностью обусловлены изменениями температуры. [1]
Проверка приведенных выше прогнозов подтвердила обоснованность механизма, но не однозначно. [6] [7]
Эффект Эпплгейта дает единое объяснение многим (но не всем) кривым эфемерид для широкого класса двойных звезд и может помочь в понимании динамо- активности, наблюдаемой в быстро вращающихся звездах. [8]
Механизм Эпплгейта также использовался для объяснения изменений в наблюдаемом времени прохождения внесолнечных планет , в дополнение к другим возможным эффектам, таким как приливная диссипация и присутствие других планетных тел. [9]
Однако есть много звезд, для которых механизм Эпплгейта непригоден. Например, изменения орбитального периода в некоторых затменных двойных системах после общей оболочки на порядок больше, чем может быть учтено эффектом Эпплгейта, при этом магнитное торможение или третье тело на высокоэллиптической орбите являются единственными известными механизмами, способными объяснить наблюдаемое изменение. [10] [11] [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Эпплгейт, Джеймс Х. (1992). «Механизм модуляции орбитального периода в тесных двойных системах» . Астрофизический журнал, Часть 1 . 385 : 621–629. Бибкод : 1992ApJ...385..621A . дои : 10.1086/170967 .
- ^ Ван Бюрен, Д. (1986). «Комментарий к теории трех тел для изменения периода в системах RS CVn». Астрономический журнал . 92 : 136–138. Бибкод : 1986AJ.....92..136В . дои : 10.1086/114145 .
- ^ Перейти обратно: а б Холл, Дуглас С. (1989). «Связь между RS CVn и Алголом». Обзоры космической науки . 50 (1–2): 219–233. Бибкод : 1989ССРв...50..219Х . дои : 10.1007/BF00215932 . S2CID 125947929 .
- ^ Матезе, Джей-Джей; Уитмир, ДП (1983). «Изменения альтернативных периодов в тесных двойных системах». Астрономия и астрофизика . 117 (2): L7–L9. Бибкод : 1983A&A...117L...7M .
- ^ Марш, ТР; Прингл, Дж. Э. (1990). «Изменения орбитальных периодов тесных двойных звезд». Астрофизический журнал, Часть 1 . 365 : 677–680. Бибкод : 1990ApJ...365..677M . дои : 10.1086/169521 .
- ^ Мацерони, Карла (1999). «Эволюция углового момента в тесных двойных системах позднего типа» (PDF) . Турецкий физический журнал . 23 (2): 289–300. Бибкод : 1999TJPh...23..289M . Проверено 24 мая 2015 г.
- ^ Фраска, А.; Ланца, А.Ф. (2005). «Изменение орбитального периода в тесных двойных системах по данным лучевых скоростей и циклам магнитной активности» . Астрономия и астрофизика . 429 : 309–316. Бибкод : 2005A&A...429..309F . дои : 10.1051/0004-6361:20041007 .
- ^ Хилдич, RW (2001). Введение в тесные двойные звезды . Издательство Кембриджского университета . стр. 175–176. ISBN 978-0521798006 . Проверено 24 мая 2015 г.
- ^ Уотсон, Калифорния; Марш, ТР (2010). «Изменения орбитального периода горячих юпитеров, вызванные эффектом Эпплгейта» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 405 (3): 2037. arXiv : 1003.0340 . Бибкод : 2010MNRAS.405.2037W . дои : 10.1111/j.1365-2966.2010.16602.x . S2CID 111386415 .
- ^ Вёльшоу, М.; Шлейхер, ДРГ; Пердельвиц, В.; Банерджи, Р. (2016). «Затменные изменения во времени в тесных двойных системах: планетарная гипотеза против механизма Эпплгейта». Астрономия и астрофизика . 587 (34): А34. arXiv : 1512.01960 . Бибкод : 2016A&A...587A..34V . дои : 10.1051/0004-6361/201527333 . S2CID 53403357 .
- ^ Парсонс, С.Г.; Марш, ТР; Медная крупа, СМ; Диллон, В.С.; Литтлфэр, SP; Хикман, РДГ; Макстед, ПФЛ; Генсике, БТ; Унда-Сандзана, Э.; Колке, Япония; Барраза, Н.; Санчес, Н.; Монар, ЛАГ (2010). «Изменения орбитального периода в затменных двойных системах после общей оболочки» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 407 (4): 2362. arXiv : 1005.3958 . Бибкод : 2010MNRAS.407.2362P . дои : 10.1111/j.1365-2966.2010.17063.x . S2CID 96441672 .
- ^ Шварц; и др. (2009). «Охота высоко и низко: XMM-мониторинг затменного полярного HU Водолея». Астрономия и астрофизика . 496 (3): 833–840. arXiv : 0901.4902 . Бибкод : 2009A&A...496..833S . дои : 10.1051/0004-6361/200811485 . S2CID 14243402 .