Механизм Эпплгейта ( механизм Эпплгейта или эффект Эпплгейта ) объясняет долгосрочные вариации орбитального периода, наблюдаемые в некоторых затменных 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 в двойной паре гравитационно связана с изменениями их формы, так что период показывает модуляции (обычно порядка ∆P / P ∼ 10 −5 ) в том же масштабе времени, что и циклы активности (обычно на порядка десятилетий). [1]
Вступление
Тщательная синхронизация затменных двойных систем показала, что системы, демонстрирующие модуляцию орбитального периода порядка ∆P / P ∼ 10 −5 в течение десятилетий, являются довольно распространенными. Ярким примером такой системы является Алгол , подробные данные наблюдений которого насчитывают более двух столетий. За этот промежуток времени график зависимости от времени разницы между наблюдаемыми временами затмений и прогнозируемыми временами показывает особенность (называемую «большим неравенством») с полной амплитудой 0,3 дня и повторяющейся шкалой времени в несколько столетий. . На эту особенность накладывается вторичная модуляция с полной амплитудой 0,06 дня и повторяющейся шкалой времени около 30 лет. Модуляции орбитального периода аналогичной амплитуды наблюдаются и в других двойных системах Алгола . [1]
Эти периодические модуляции, хотя и повторяются, не следуют строго регулярному циклу. Нерегулярное повторение исключает попытки объяснить эти периодические изменения как следствие прецессии апсид или присутствия далеких, невидимых спутников. У объяснений апсидальной прецессии также есть проблема, заключающаяся в том, что они требуют эксцентрической орбиты, но системы, в которых наблюдаются эти модуляции, часто показывают орбиты с небольшим эксцентриситетом. Кроме того, объяснения третьего тела содержат проблему, заключающуюся в том, что во многих случаях третье тело, достаточно массивное, чтобы произвести наблюдаемую модуляцию, не могло избежать оптического обнаружения, если только третье тело не было довольно экзотическим. [2]
Другое явление, наблюдаемое в некоторых двойных системах Алгола, - это монотонное увеличение периода. Это сильно отличается от гораздо более распространенных наблюдений за чередованием 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
Масштаб времени и повторяемость этих модуляций орбитального периода подсказали Матезе и Уитмайру (1983) механизм, вызывающий изменения квадрупольного момента одной звезды с последующим спин-орбитальным взаимодействием. Однако они не смогли дать убедительного объяснения того, что могло вызвать такие флуктуации квадрупольного момента. [4]
Взяв за основу механизм Матеза и Уитмайра, Эпплгейт утверждал, что изменения радиуса вращения одной звезды могут быть связаны с циклами магнитной активности. [1] Подтверждение его гипотезы было получено из наблюдения, что большая часть вторичных звезд поздних типов в двойных системах Алгола, по-видимому, является быстро вращающимися конвективными звездами, что означает, что они должны быть хромосферно активными. Действительно, модуляция орбитального периода наблюдается только в двойных системах типа Алгол, содержащих конвективную звезду позднего типа. [3]
Учитывая, что гравитационная квадрупольная связь участвует в изменении орбитального периода, остается вопрос, как магнитное поле может вызывать такие изменения формы. Большинство моделей 1980-х годов предполагали, что магнитное поле деформирует звезду, отклоняя ее от гидростатического равновесия. Однако Марш и Прингл (1990) продемонстрировали, что энергия, необходимая для создания таких деформаций, будет превышать общий выход энергии звезды. [5]
Звезда не вращается как твердое тело. Наибольший вклад в квадрупольный момент звезды вносят внешние части звезды. Эпплгейт предположил, что когда звезда проходит цикл своей 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 с помощью механизма Матезе и Уитмайра. Расчеты бюджета энергии показывают, что активная звезда обычно должна изменяться на уровне ΔL / L ≈ 0,1 и должна дифференциально вращаться на уровне ΔΩ / Ω ≈ 0,01. [1]
Применимость
Механизм Applegate делает несколько проверяемых прогнозов:
- Вариации светимости активной звезды должны соответствовать модуляциям орбитального периода.
- Любой другой индикатор магнитной активности ( например, активность солнечных пятен, рентгеновская светимость короны и т. Д. ) Также должен показывать вариации, соответствующие модуляции орбитального периода.
- Поскольку большие изменения радиуса звезды исключаются из соображений энергетики, изменения светимости должны полностью происходить из-за изменений температуры. [1]
Проверки приведенных выше прогнозов подтвердили достоверность этого механизма, но не однозначно. [6] [7]
Эффект Эпплгейта обеспечивает единое объяснение многих (но не всех) кривых эфемерид для широкого класса двойных систем и может помочь в понимании динамо- активности, наблюдаемой в быстро вращающихся звездах. [8]
Механизм Эпплгейта также использовался для объяснения вариаций наблюдаемых времен 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 неадекватен. Например, вариации орбитального периода в некоторых затменных двойных системах с пост-общей оболочкой на порядок больше, чем могут быть приспособлены эффектом Эпплгейта с магнитным торможением или третьим телом на сильно эллиптической орбите, обеспечивающим единственные известные механизмы, способные объясните наблюдаемую вариацию. [10] [11] [12]
Рекомендации
- ^ a b c d e Эпплгейт, Джеймс Х. (1992). «Механизм модуляции орбитального периода в тесных двойных системах». Астрофизический журнал, часть 1 . 385 : 621–629. Bibcode : 1992ApJ ... 385..621A . DOI : 10.1086 / 170967 .
- ^ Ван Бурен, Д. (1986). «Комментарий к теории трех тел для периодических изменений в системах RS CVn». Астрономический журнал . 92 : 136–138. Bibcode : 1986AJ ..... 92..136V . DOI : 10.1086 / 114145 .
- ^ а б Холл, Дуглас С. (1989). «Связь между RS CVn и Algol». Обзоры космической науки . 50 (1-2): 219-233. Bibcode : 1989SSRv ... 50..219H . DOI : 10.1007 / BF00215932 . S2CID 125947929 .
- ^ Matese, JJ; Уитмайр, Д.П. (1983). «Чередование периодов в тесных двойных системах». Астрономия и астрофизика . 117 (2): L7 – L9. Bibcode : 1983A & A ... 117L ... 7M .
- ^ Марш, TR; Прингл, Дж. Э. (1990). «Изменения орбитальных периодов тесных двойных звезд». Астрофизический журнал, часть 1 . 365 : 677–680. Bibcode : 1990ApJ ... 365..677M . DOI : 10.1086 / 169521 .
- ^ Макерони, Карла (1999). "Эволюция углового момента в близких двоичных системах позднего типа" (PDF) . Турецкий журнал физики . 23 (2): 289–300. Bibcode : 1999TJPh ... 23..289M . Дата обращения 24 мая 2015 .
- ^ Frasca, A .; Ланца, AF (2005). «Изменение периода обращения в тесных двойных системах из данных о лучевых скоростях и циклах магнитной активности» . Астрономия и астрофизика . 429 : 309–316. Бибкод : 2005A & A ... 429..309F . DOI : 10.1051 / 0004-6361: 20041007 .
- ^ Хилдич, RW (2001). Введение в близкие двойные звезды . Издательство Кембриджского университета . С. 175–176. ISBN 978-0521798006. Дата обращения 24 мая 2015 .
- ^ Уотсон, Калифорния; Марш, Т.Р. (2010). «Вариации периода обращения горячих юпитеров, вызванные эффектом Эпплгейта». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 405 (3): 2037. arXiv : 1003.0340 . Bibcode : 2010MNRAS.405.2037W . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2010.16602.x . S2CID 111386415 .
- ^ Völschow, M .; Schleicher, DRG; Perdelwitz, V .; Банерджи, Р. (2016). «Затменные вариации времени в тесных двойных системах: планетная гипотеза против механизма Эпплгейта». Астрономия и астрофизика . 587 (34): A34. arXiv : 1512.01960 . Bibcode : 2016A & A ... 587A..34V . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201527333 . S2CID 53403357 .
- ^ Парсонс, С. Г.; Марш, TR; Пшеница медная, СМ; Диллон, ВС; Littlefair, SP; Хикман, RDG; Максстед, ПФЛ; Gänsicke, BT; Unda-Sanzana, E .; Colque, JP; Barraza, N .; Sánchez, N .; Монар, ЛАГ (2010). «Вариации орбитального периода в затменных двойных системах с общей оболочкой». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 407 (4): 2362. arXiv : 1005.3958 . Bibcode : 2010MNRAS.407.2362P . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2010.17063.x . S2CID 96441672 .
- ^ Шварц; и другие. (2009). «Охота на высоком и низком: мониторинг XMM затмевающих полярных HU Aquarii». Астрономия и астрофизика . 496 (3): 833–840. arXiv : 0901.4902 . Бибкод : 2009A&A ... 496..833S . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 200811485 . S2CID 14243402 .