WikiDer > Механизм Applegate

Applegate mechanism

В Механизм Applegate (Механизм Эпплгейта или же Эффект Эпплгейта) объясняет долговременные вариации орбитального периода, наблюдаемые в некоторых затмевающие двоичные файлы. Как звезда главной последовательности проходит цикл активности, внешние слои звезды подвергаются воздействию магнитного момента, изменяющего распределение углового момента, что приводит к изменению сплюснутости звезды. Орбита звезд в двойной паре гравитационно связана с изменениями их формы, поэтому период показывает модуляцию (обычно порядка ∆P / P ∼ 10−5) в той же шкале времени, что и циклы активности (обычно порядка десятилетий).[1]

Вступление

Тщательная синхронизация затменных двойных систем показала, что системы, показывающие модуляцию орбитального периода порядка ∆P / P ∼ 10−5 в течение десятилетий встречаются довольно часто. 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 против предсказанное время показывает особенность (названную «большим неравенством») с полной амплитудой 0,3 дня и повторяющейся шкалой времени в веках. 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 Бинарные файлы Algol также.[1]

Эти периодические модуляции, хотя и повторяющиеся, не соответствуют строго регулярному циклу. Нерегулярное повторение исключает попытки объяснить эти периодические изменения как следствие апсидальная прецессия или присутствие 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. Более 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 обычно (но не всегда) объясняется переносом массы 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] Подтверждающим доказательством его гипотезы стало наблюдение, что большая часть вторичных звезд поздних типов в двойных системах Алгола, по-видимому, является быстро вращающимися конвективными звездами, что подразумевает, 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, оставался вопрос, как магнитное поле может вызвать 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 баланса 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 (т.е. активность солнечных пятен, рентгеновская светимость короны, и Т. Д.) также должны показывать вариации, соответствующие модуляциям орбитального периода.
  • Поскольку большие изменения радиуса звезды исключаются по энергетическим соображениям, 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) эфемеридных кривых для широкого класса двоичных файлов и может помочь в понимании динамо активность наблюдается у быстро вращающихся звезд.[8]

Механизм Эпплгейта также использовался для объяснения различий в наблюдаемых временах прохождения внесолнечные планеты, 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 периода обращения некоторых затменных двоичные файлы после общего конверта на порядок больше, чем может обеспечить эффект Эпплгейта, с магнитное торможение или третье тело на высокоэллиптической орбите, обеспечивающее единственные известные механизмы, способные объяснить наблюдаемое изменение.[10][11][12]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Эпплгейт, Джеймс Х. (1992). «Механизм модуляции орбитального периода в тесных двойных системах». Астрофизический журнал, часть 1. 385: 621–629. Bibcode:1992ApJ ... 385..621A. Дои:10.1086/170967.
  2. ^ Ван Бюрен, Д. (1986). «Комментарий к теории трех тел для периодических изменений в системах RS CVn». Астрономический журнал. 92: 136–138. Bibcode:1986AJ ..... 92..136V. Дои:10.1086/114145.
  3. ^ а б Холл, Дуглас С. (1989). «Связь между RS CVn и Algol». Обзоры космической науки. 50 (1–2): 219–233. Bibcode:1989ССРв ... 50..219Ч. Дои:10.1007 / BF00215932. S2CID 125947929.
  4. ^ Matese, J. J .; Уитмир, Д. П. (1983). «Чередование периодов в тесных двойных системах». Астрономия и астрофизика. 117 (2): L7 – L9. Bibcode:1983A & A ... 117L ... 7M.
  5. ^ Marsh, T. R .; Прингл, Дж. Э. (1990). «Изменения орбитальных периодов тесных двойных звезд». Астрофизический журнал, часть 1. 365: 677–680. Bibcode:1990ApJ ... 365..677M. Дои:10.1086/169521.
  6. ^ Макерони, Карла (1999). "Эволюция углового момента в близких двоичных системах позднего типа" (PDF). Турецкий журнал физики. 23 (2): 289–300. Bibcode:1999TJPh ... 23..289M. Получено 24 мая 2015.
  7. ^ Frasca, A .; Ланца, А. Ф. (2005). «Изменение периода обращения в тесных двойных системах по данным лучевых скоростей и циклов магнитной активности». Астрономия и астрофизика. 429: 309–316. Bibcode:2005A&A ... 429..309F. Дои:10.1051/0004-6361:20041007.
  8. ^ Хилдич, Р. В. (2001). Введение в близкие двойные звезды. Издательство Кембриджского университета. С. 175–176. ISBN 978-0521798006. Получено 24 мая 2015.
  9. ^ Watson, C.A .; Марш, Т. Р. (2010). «Вариации периода обращения горячих юпитеров, вызванные эффектом Эпплгейта». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 405 (3): 2037. arXiv:1003.0340. Bibcode:2010МНРАС.405.2037W. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2010.16602.x. S2CID 111386415.
  10. ^ Völschow, M .; Schleicher, D. R. G .; 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. Дои:10.1051/0004-6361/201527333. S2CID 53403357.
  11. ^ Parsons, S.G .; Marsh, T. R .; Copperwheat, C. M .; Дхиллон, В. С .; Littlefair, S.P .; Hickman, R. D. G .; Maxted, P. F. L .; Gänsicke, B.T .; Unda-Sanzana, E .; Colque, J. P .; Barraza, N .; Sánchez, N .; Монар, Л.А.Г. (2010). «Вариации орбитального периода в затменных двойных системах после общей оболочки». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 407 (4): 2362. arXiv:1005.3958. Bibcode:2010МНРАС.407.2362П. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2010.17063.x. S2CID 96441672.
  12. ^ 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. Bibcode:2009A&A ... 496..833S. Дои:10.1051/0004-6361/200811485. S2CID 14243402.