Исследование одиннадцати контактных двойных систем с экстремально малыми отношениями масс

2.1 Фотометрические наблюдения

Многополосные фотометрические наблюдения были проведены для всех одиннадцати систем с использованием наземных телескопов. Наблюдения охватывали полные орбитальные циклы для обеспечения точного анализа кривых блеска.

2.2 Анализ по методу Уилсона-Девинни

Программа Wilson-Devinney была использована для получения фотометрических решений, включая отношения масс, коэффициенты заполнения и разности температур между компонентами. Анализ использовал следующие ключевые параметры:

• Отношение масс ($q = m_2/m_1$)
• Коэффициент заполнения ($f$)
• Орбитальный наклон ($i$)
• Отношение температур ($T_2/T_1$)

2.3 Спектральный анализ

Низкоразрешенные спектры LAMOST для четырех объектов были проанализированы с использованием методов спектрального вычитания для обнаружения хромосферной активности через линии излучения H𝛼.

3.1 Классификация систем

Среди одиннадцати систем две были идентифицированы как W-подтип (CRTS J133031.1+161202 и CRTS J154254.0+324652), тогда как остальные девять систем были A-подтипа. Коэффициенты заполнения варьировались от 18,9% (CRTS J155009.2+493639) до 94,3% (CRTS J154254.0+324652).

3.2 Анализ отношения масс

Все одиннадцать систем показали отношения масс менее 0,1, классифицируя их как контактные двойные с экстремально малыми отношениями масс (ELMR). Эта характеристика делает их потенциальными кандидатами для будущих событий слияния.

3.3 Вариации периодов

Анализ периодов выявил три системы с уменьшающимися орбитальными периодами, вероятно из-за потери углового момента, и шесть систем с увеличивающимися периодами, что предполагает перенос массы от вторичного к первичному компоненту.

3.4 Хромосферная активность

Линии излучения H𝛼 были обнаружены в четырех системах с помощью спектрального вычитания, что указывает на значительную хромосферную активность и потенциальные циклы магнитной активности.

4.1 Математический аппарат

Параметр неустойчивости был рассчитан с использованием формулы, выведенной из Rasio (1995):

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

где $q$ - отношение масс, $R_1$ - радиус первичного компонента, и $a$ - орбитальное расстояние.

Отношение спинового углового момента к орбитальному угловому моменту задается как:

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

4.2 Экспериментальные результаты

Диаграммы масса-светимость и масса-радиус показали, что первичные компоненты следуют эволюции главной последовательности, тогда как вторичные компоненты лежат выше Конечной Главной Последовательности (TAMS), что указывает на сверхсветимость. Это предполагает продвинутые эволюционные стадии и потенциальные эффекты переноса массы.

Рисунок 1: Диаграмма Масса-Радиус, показывающая первичные компоненты на главной последовательности и вторичные компоненты выше TAMS.

Рисунок 2: Решения кривых блеска для CRTS J154254.0+324652, показывающие 94,3% коэффициент заполнения.

4.3 Реализация кода

# Псевдокод анализа кривых блеска Wilson-Devinney
import numpy as np

def wilson_devinney_analysis(light_curve, initial_params):
    """
    Выполняет анализ Wilson-Devinney для контактных двойных систем
    
    Параметры:
    light_curve: массив измерений потока
    initial_params: словарь начальных параметров
    
    Возвращает:
    optimized_params: словарь подобранных параметров
    """
    
    # Инициализация параметров
    q = initial_params['mass_ratio']  # отношение масс
    i = initial_params['inclination']  # орбитальный наклон
    f = initial_params['fill_out']     # коэффициент заполнения
    
    # Итерационный процесс подбора
    for iteration in range(max_iterations):
        # Вычисление модельной кривой блеска
        model_flux = calculate_model_flux(q, i, f)
        
        # Вычисление хи-квадрат
        chi2 = np.sum((light_curve - model_flux)**2 / errors**2)
        
        # Обновление параметров с использованием градиентного спуска
        params = update_parameters(params, chi2_gradient)
    
    return optimized_params

# Пример использования для 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 Эволюционный статус

Анализ указывает, что первичные компоненты находятся в эволюции главной последовательности, тогда как вторичные компоненты показывают свидетельства нахождения выше TAMS. Эта сверхсветимость предполагает продвинутые эволюционные стадии и значительную историю переноса массы.

5.2 Анализ устойчивости

Расчет отношений $J_s/J_o$ и параметров неустойчивости предполагает, что CRTS J234634.7+222824 находится на грани слияния. Это согласуется с теоретическими предсказаниями Rasio (1995) и Eggleton & Kiseleva-Eggleton (2001) относительно судьбы глубоких контактных двойных с экстремальными отношениями масс.

5.3 Оригинальный анализ

Это исследование одиннадцати контактных двойных систем с экстремально малыми отношениями масс предоставляет значительные сведения о поздней стадии эволюции тесных двойных систем. Обнаружение систем с отношениями масс ниже 0,1 бросает вызов традиционному пониманию устойчивости контактных двойных. Как отмечено в базе данных двойных звезд Международного астрономического союза, такие экстремальные системы редки, но важны для понимания процессов звездного слияния.

Идентификация CRTS J234634.7+222824 как находящейся на грани слияния согласуется с теоретическими моделями, предсказывающими, что системы с $q < q_{inst}$ и высокими коэффициентами заполнения подвергнутся динамической неустойчивости. Это явление аналогично критериям неустойчивости, обсуждаемым в основополагающей работе Rasio & Shapiro (1995) о слиянии компактных двойных.

Сравнение этих результатов с комплексным исследованием Qian et al. (2017) об эволюции контактных двойных выявляет согласованные паттерны в изменениях периодов и направлениях переноса массы. Обнаружение излучения H𝛼 в четырех системах предоставляет прямое свидетельство хромосферной активности, аналогично находкам в проекте мониторинга активных двойных H-K обсерватории Маунт-Вилсон.

Сверхсветимость вторичных компонентов выше TAMS предполагает сложные эволюционные пути, возможно включающие эпизоды быстрого переноса массы. Это наблюдение поддерживает модели переноса массы, предложенные Eggleton & Kisseleva-Eggleton (2006) для эволюции двойных систем. Высокие коэффициенты заполнения (до 94,3%) указывают, что эти системы находятся в продвинутых контактных фазах, потенциально предшествующих событиям слияния, которые могут производить звезды типа FK Com или голубые отставшие звезды, как задокументировано в исследованиях шаровых скоплений Kaluzny & Shara (1988).

Будущие наблюдения с передовыми инструментами, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба, могут предоставить данные спектров более высокого разрешения для лучшего понимания атмосферной динамики и процессов переноса массы в этих экстремальных системах.