بررسی یازده سامانه دوتایی تماسی با نسبت جرمی بسیار پایین

2.1 رصدهای نورسنجی

رصدهای نورسنجی چندبانده برای هر یازده سامانه با استفاده از تلسکوپ‌های زمینی انجام شد. رصدها چرخه‌های مداری کامل را پوشش داد تا تحلیل دقیق منحنی نور تضمین شود.

2.2 تحلیل ویلسون-دونینی

برنامه ویلسون-دونینی برای استخراج راه‌حل‌های نورسنجی، شامل نسبت‌های جرمی، عوامل پرشدگی و تفاوت‌های دمایی بین مؤلفه‌ها به کار گرفته شد. تحلیل از پارامترهای کلیدی زیر استفاده کرد:

• نسبت جرمی ($q = m_2/m_1$)
• عامل پرشدگی ($f$)
• تمایل مداری ($i$)
• نسبت دما ($T_2/T_1$)

2.3 تحلیل طیفی

طیف‌های وضوح پایین LAMOST برای چهار جرم با استفاده از تکنیک‌های تفریق طیفی برای تشخیص فعالیت کروموسفری از طریق خطوط نشری H𝛼 تحلیل شد.

3.1 طبقه‌بندی سامانه‌ها

در بین یازده سامانه، دو سامانه به عنوان نوع W شناسایی شدند (CRTS J133031.1+161202 و CRTS J154254.0+324652)، در حالی که نه سامانه باقی‌مانده نوع A بودند. عوامل پرشدگی از 18.9% (CRTS J155009.2+493639) تا 94.3% (CRTS J154254.0+324652) متغیر بود.

3.2 تحلیل نسبت جرمی

هر یازده سامانه نسبت‌های جرمی کمتر از 0.1 نشان دادند که آن‌ها را به عنوان دوتایی‌های تماسی با نسبت جرمی بسیار پایین طبقه‌بندی می‌کند. این ویژگی آن‌ها را به نامزدهای بالقوه برای رویدادهای ادغام آینده تبدیل می‌کند.

3.3 تغییرات تناوبی

تحلیل تناوب سه سامانه با دوره‌های مداری کاهشی را نشان داد که احتمالاً به دلیل از دست دادن تکانه زاویه‌ای است، و شش سامانه با دوره‌های افزایشی که انتقال جرم از مؤلفه ثانویه به مؤلفه اولیه را پیشنهاد می‌دهد.

3.4 فعالیت کروموسفری

خطوط نشری H𝛼 در چهار سامانه از طریق تفریق طیفی تشخیص داده شد که فعالیت کروموسفری قابل توجه و چرخه‌های فعالیت مغناطیسی بالقوه را نشان می‌دهد.

4.1 چارچوب ریاضی

پارامتر ناپایداری با استفاده از فرمول مشتق شده از راسیو (1995) محاسبه شد:

$q_{inst} = \frac{J_s}{J_o} = \frac{(1+q)^{1/2}}{3^{3/2}} \left(\frac{R_1}{a}\right)^2$

که در آن $q$ نسبت جرمی، $R_1$ شعاع اولیه و $a$ جدایی مداری است.

نسبت تکانه زاویه‌ای چرخشی به تکانه زاویه‌ای مداری به صورت زیر داده می‌شود:

$\frac{J_s}{J_o} = \frac{(1+q)}{q} \left(\frac{R_1^2 + R_2^2}{a^2}\right)$

4.2 نتایج تجربی

نمودارهای جرم-درخشندگی و جرم-شعاع نشان داد که مؤلفه‌های اولیه از تکامل رشته اصلی پیروی می‌کنند، در حالی که مؤلفه‌های ثانویه بالاتر از رشته اصلی سن پایانی (TAMS) قرار دارند که نشان‌دهنده فوق‌درخشندگی است. این امر مراحل تکاملی پیشرفته و اثرات انتقال جرم بالقوه را پیشنهاد می‌دهد.

شکل 1: نمودار جرم-شعاع که مؤلفه‌های اولیه روی رشته اصلی و مؤلفه‌های ثانویه بالاتر از TAMS را نشان می‌دهد.

شکل 2: راه‌حل‌های منحنی نور برای CRTS J154254.0+324652 که عامل پرشدگی 94.3% را نشان می‌دهد.

4.3 پیاده‌سازی کد

# Wilson-Devinney light curve analysis pseudocode
import numpy as np

def wilson_devinney_analysis(light_curve, initial_params):
    """
    Perform Wilson-Devinney analysis for contact binaries
    
    Parameters:
    light_curve: array of flux measurements
    initial_params: dictionary of initial parameters
    
    Returns:
    optimized_params: dictionary of fitted parameters
    """
    
    # Initialize parameters
    q = initial_params['mass_ratio']  # mass ratio
    i = initial_params['inclination']  # orbital inclination
    f = initial_params['fill_out']     # fill-out factor
    
    # Iterative fitting process
    for iteration in range(max_iterations):
        # Calculate model light curve
        model_flux = calculate_model_flux(q, i, f)
        
        # Compute chi-squared
        chi2 = np.sum((light_curve - model_flux)**2 / errors**2)
        
        # Update parameters using gradient descent
        params = update_parameters(params, chi2_gradient)
    
    return optimized_params

# Example usage for CRTS J154254.0+324652
initial_params = {
    'mass_ratio': 0.08,
    'inclination': 78.5,
    'fill_out': 0.85
}
result = wilson_devinney_analysis(light_curve_data, initial_params)

5.1 وضعیت تکاملی

تحلیل نشان می‌دهد که مؤلفه‌های اولیه در تکامل رشته اصلی هستند، در حالی که مؤلفه‌های ثانویه شواهدی از قرارگیری بالاتر از TAMS نشان می‌دهند. این فوق‌درخشندگی مراحل تکاملی پیشرفته و تاریخچه انتقال جرم قابل توجه را پیشنهاد می‌دهد.

5.2 تحلیل پایداری

محاسبه نسبت‌های $J_s/J_o$ و پارامترهای ناپایداری پیشنهاد می‌کند که CRTS J234634.7+222824 در آستانه ادغام است. این با پیش‌بینی‌های نظری راسیو (1995) و اگلتون و کیسلیوا-اگلتون (2001) در مورد سرنوشت دوتایی‌های تماسی عمیق با نسبت‌های جرمی شدید همسو است.

5.3 تحلیل اصلی

این مطالعه یازده دوتایی تماسی با نسبت جرمی بسیار پایین بینش‌های قابل توجهی در مورد تکامل مرحله پایانی سامانه‌های دوتایی نزدیک ارائه می‌دهد. تشخیص سامانه‌هایی با نسبت‌های جرمی زیر 0.1 درک متعارف از پایداری دوتایی تماسی را به چالش می‌کشد. همانطور که در پایگاه داده ستاره دوتایی اتحادیه بین‌المللی اخترشناسی ذکر شده است، چنین سامانه‌های شدیدی نادر اما حیاتی برای درک فرآیندهای ادغام ستاره‌ای هستند.

شناسایی CRTS J234634.7+222824 به عنوان سامانه‌ای در آستانه ادغام با مدل‌های نظری همسو است که پیش‌بینی می‌کنند سامانه‌هایی با $q < q_{inst}$ و عوامل پرشدگی بالا دچار ناپایداری دینامیکی خواهند شد. این پدیده مشابه معیارهای ناپایداری مورد بحث در کار بنیادی راسیو و شاپیرو (1995) در مورد ادغام دوتایی‌های فشرده است.

مقایسه این نتایج با مطالعه جامع کیان و همکاران (2017) در مورد تکامل دوتایی تماسی الگوهای سازگاری در تغییرات تناوب و جهت‌های انتقال جرم را نشان می‌دهد. تشخیص نشری H𝛼 در چهار سامانه شواهد مستقیمی از فعالیت کروموسفری ارائه می‌دهد، مشابه یافته‌ها در پروژه H-K رصدخانه مونت ویلسون که دوتایی‌های فعال را پایش می‌کند.

فوق‌درخشندگی مؤلفه‌های ثانویه بالاتر از TAMS مسیرهای تکاملی پیچیده‌ای را پیشنهاد می‌دهد که احتمالاً شامل دوره‌های انتقال جرم سریع است. این مشاهده از مدل‌های انتقال جرم پیشنهاد شده توسط اگلتون و کیسلیوا-اگلتون (2006) برای تکامل سامانه دوتایی حمایت می‌کند. عوامل پرشدگی بالا (تا 94.3%) نشان می‌دهد که این سامانه‌ها در فازهای تماسی پیشرفته هستند که بالقوه مقدم بر رویدادهای ادغامی هستند که می‌توانند ستارگان نوع FK Com یا آبی‌های سرگردان تولید کنند، همانطور که در مطالعات خوشه‌های کروی توسط کالوزنی و شارا (1988) مستند شده است.

رصدهای آینده با امکانات پیشرفته مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند داده‌های طیفی با وضوح بالاتر برای درک بهتر دینامیک جوی و فرآیندهای انتقال جرم در این سامانه‌های شدید ارائه دهد.