Έρευνα στα Διπλά Εκλειπτικά Αστρικά Συστήματα
Περισσότεροι από το 70% των αστέρων στον ουρανό είναι μέλη διπλών ή πολλαπλών συστημάτων. Ένα διπλό αστρικό σύστημα είναι ένα δυναμικό σύστημα που περιλαμβάνει δύο αστέρες, οι οποίοι περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο, ή απλά γύρω από το κοινό κέντρο μάζας τους. Υπάρχουν φυσικά ακόμη πιο πολύπλοκα συστήματα. Για παράδειγμα, υπάρχουν τριπλά συστήματα, τετραπλά συστήματα, πενταπλά συστήματα, ακόμη και εξαπλά συστήματα, όπως είναι ο Κάστωρ, στον αστερισμό των Διδύμων.
Ένα διπλό εκλειπτικό αστρικό σύστημα είναι ένα σύστημα δύο σωμάτων, το επίπεδο της τροχιάς του οποίου είναι πολύ κοντά στην ευθεία παρατήρησης, με αποτέλεσμα τα μέλη του συστήματος να εμφανίζουν αμοιβαίες και διαδοχικές εκλείψεις. Στην περίπτωση που το σύστημα είναι και φασματοσκοπικά διπλό και είναι γνωστή και η παράλλαξή του το σύστημα είναι πολύτιμο για μελέτη, αφού δίνει την σπάνια ευκαιρία να υπολογιστεί η μάζα, η ακτίνα και η φωτεινότητα των δύο μελών.
Τα διπλά εκλειπτικά συστήματα είναι μεταβλητής φωτεινότητας, όχι επειδή μεταβάλλεται η φωτεινότητα των μελών του συστήματος, αλλά επειδή συμβαίνουν εκλείψεις (δηλαδή λόγω της γεωμετρικής τους μορφολογίας). Η φωτομετρική καμπύλη ενός αποχωρισμένου εκλειπτικού συστήματος χαρακτηρίζεται συχνά από περιόδους με πρακτικά αμετάβλητη φωτεινότητα, με περιοδικές πτώσεις της κατά τις εκλείψεις. Εάν το ένα μέλος του συστήματος είναι μεγαλύτερο από το άλλο, τότε το ένα θα κρυφθεί ολικά (ολική έκλειψη), ενώ το άλλο θα κάνει μια διάβαση μπροστά από το μεγαλύτερο (ή δακτυλιοειδή έκλειψη).
Η τροχιακή περίοδος ενός εκλειπτικού συστήματος μπορεί να προσδιοριστεί με τη μελέτη της φωτομετρικής καμπύλης, ενώ η σχετικές διαστάσεις των δύο μελών μπορεί να προσδιοριστεί σε σύγκριση με την ακτίνα της τροχιάς και από το πόσο γρήγορα αλλάζει η φωτεινότητα, καθώς συμβαίνουν οι εκλείψεις. Εάν επίσης το σύστημα είναι φασματοσκοπικά διπλό, τότε μπορούν να προσδιοριστούν και τα τροχιακά χαρακτηριστικά τους συστήματος, ενώ η μάζα, η ακτίνα και η φωτεινότητα των μελών μπορεί να προσδιοριστεί με σχετικά μεγάλη ευκολία.
Δείγματα φωτομετρικών καμπυλών
Ένα δείγμα φωτομετρικών καμπυλών που έχει εξαχθεί από τη μελέτη των διπλών εκλειπτικών συστημάτων φαίνεται παρακάτω:
Αποχωρισμένα συστήματα (EA type) (copyrights: K.Gazeas, request permission)
Ημι-αποχωρισμένα (σχεδόν σε επαφή) συστήματα (EB type) (copyrights: K.Gazeas, request permission)
Συστήματα σε επαφή (EW type) (copyrights: K.Gazeas, request permission)
The W UMa Project
Τα συστήματα σε επαφή του τύπου W UMa είναι εντυπωσιακά πολλά σε αριθμό στη γειτονιά του Ήλιου. Αν και ήταν γνωστό εδώ και καιρό ότι υπερτερούν σε αριθμό έναντι άλλων μεταβλητών αστέρων, μόνο πρόσφατα έγιναν συστηματικές παρατηρήσεις μικροεστίασης, όπως αυτές του προγράμματος OGLE, και εκτιμήθηκε ο αριθμός τους με σχετικά καλή ακρίβεια. Η φαινόμενη σχετική συχνότητα εμφάνισης των συστημάτων σε επαφή εκτιμάται ότι είναι 1/130 ανάμεσα στους νάνους αστέρες της Κύριας Ακολουθίας φασματικού τύπου FGK με ηλικίες περίπου 5-11 Gyr. Η συχνότητα εμφάνισης αυξάνεται με την αυξημένη ηλικία του συστήματος, κι έτσι τα ανοικτά αστρικά σμήνη έχουν σχετικά πολύ λίγότερα από το γειτονικό πληθυσμό του γαλαξιακού δίσκου, ο οποίος μπορεί να φτάσει ακόμη και την ηλικία των 11 Gyr.
Τα συστήματα σε επαφή δεν παρατηρούνται σε σμήνη νεαρότερα των 0.7 Gyr. Αυτό έρχεται σε άμεση συμφωνία με τα θεωρητικά μοντέλα, τα οποία περιγράφουν τη δημιουργία των συστημάτων σε επαφή μέσω της απώλειας μάζας και στροφορμής, μέσω των συνδυασμένων φαινομένων της παλιρροιακής τριβής και αστρικού ανέμου.
Δυστυχώς οι λεπτομέρειες της αστρικής εξέλιξης είναι ακόμη άγνωστες, εφόσον δε γνωρίζουμε με ακρίβεια τι συμβαίνει όταν ένα σύστημα έρθει σε επαφή. Η πλήρης κατανόηση της εξέλιξης είναι απέχει ακόμη πολύ στην παρούσα φάση. Η ευκολία της παρατήρησης των συστημάτων σε επαφή έδωσε την ψευδή εντύπωση ότι τα συστήματα αυτά παρατηρούνται από όχι και τόσο καλά οργανωμένα ερευνητικά προγράμματα (κυρίως από πλευράς επιλογής των στόχων), γεγονός που οδήγησε στην έλλειψη σημαντικών αστροφυσικών αποτελεσμάτων, παρά τις πολλές παρατηρήσεις.
Το πρόγραμμα W UMa project ξεκίνησε το 2001 με σκοπό να ρίξει φως στις άγνωστες πτυχές της εξέλιξης των συστημάτων σε επαφή, επιλέγοντας προσεκτικά το δείγμα των συστημάτων που θα μελετηθούν, έτσι ώστε να μεγιστοποιηθεί η αξία τους ως προς την κατανόηση της αστρικής εξέλιξης στα συστήματα σε επαφή. Επιπλέον, τα αποτελέσματα του προγράμματος αυτού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της δομής του Γαλαξία μας, των αστρικών σμηνών, αλλά και των κοντινών γαλαξιών.
Μέχρι σήμερα, ένα σύνολο 160 συστημάτων σε επαφή έχουν παρατηρηθεί και αναλυθεί λεπτομερώς. Για κάθε σύστημα, τα μέλη της ερευνητικής ομάδας μας πραγματοποιούν φωτομετρικές και φασματοσκοπικές παρατηρήσεις, ενώ ο δορυφόρος HIPPARCOS παρέχει την πληροφορία της παράλλαξης και του απόλυτου μεγέθους, και επομένως της απόστασης των συστημάτων. Το πρόγραμμα W UMa project είναι το πιο λεπτομερές πρόγραμμα παρατήρησης συστημάτων σε επαφή, παρέχοντας πληροφορίες για τις απόλυτες φυσικές και γεωμετρικές παραμέτρους των συστημάτων αυτών με ακρίβεια καλύτερη του 5%.
Η πλήρης λίστα των συστημάτων σε επαφή (W UMa-type binaries) που έχουν μελετηθεί στο πρόγραμμα αυτό βρίσκεται εδώ.Τα τηλεσκόπια που έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα για το πρόγραμμα αυτό είναι:
Συνεργάτες σε ερευνητικές εργασίες που αφορούν τα διπλά αστρικά συστήματα συμπεριλαμβάνουν:
Contact Binaries Towards Merging (CoBiToM) Project
Το πρόγραμμα Contact Binaries Towards Merging (CoBiToM) είναι μια συστηματική έρευνα φωτομετρικών παρατηρήσεων, η οποία ξεκίνησε το καλοκαίρι του 2012 από τον Δρ. Κοσμά Γαζέα στο Πανεπιστήμο Αθηνών, με σκοπό τη μελέτη των διπλών αστρικών συστημάτων με πολύ μικρή περίοδο (~0.22 ημέρες). Στο πρόγραμμα αυτό χρησιμοποιούνται διάφορα τηλεσκόπια, με σκοπό να καλύψει το ανώτατο και κατώτατο φωτομερικό όριο των συστημάτων σε επαφή. Πραγματοποιούνται πολυχρωματικές φωτομετρικές παρατηρήσεις υψηλής ακρίβειας σε συστήματα σε επαφή με μικρή τροχιακή περίοδο, με σκοπό να διερευνηθεί η αστρική εξέλιξη με πορεία προς τη συγχώνευση. Το δείγμα των συστημάτων που μελετούνται έχουν εξαχθεί από τo πρόγραμμα επισκόπησης SuperWASP.
Καμπύλες φωτός δύο συστημάτων σε επαφή, που βρίσκονται υπό μελέτη. Και τα δύο συστήματα έχουν τροχιακή περίοδο μικρότερη από 6 ώρες (0.25 ημέρες) και έχουν παρατηρηθεί σε 4 διαφορετικά φίλτρα (BVRI). (copyrights: K.Gazeas, request permission)
Το πρόγραμμα CoBiToM εστιάζει στο κατώτατο όριο της τροχιακής περιόδου των συστημάτων σε επαφή (η πιο αριστερή περιοχή στα παρακάτω διαγράμματα). Υπάρχουν μόνο λίγα συστήματα που έχουν μελετηθεί σε αυτήν την περιοχή των διαγραμμάτων, κάνοντας δύσκολο να εξαχθεί κάποιο ασφαλές συμπέρασμα για τον τρόπο με τον οποία εξελίσσονται τα συστήματα αυτά και σταδιακά συγχωνεύονται. Ο σκοπός της μελέτης αυτής είναι να διερευνηθούν τα φυσικά χαρακτηριστικά των συστημάτων σε αυτήν την περιοχή των διαγραμμάτων, τα οποία είναι πάρα πολύ εξελιγμένα, έχουν μικρή επιφανειακή θερμοκρασία και είναι μικρά σε μάζα και ακτίνα.
Κατανομή μάζας και ακτίνας στα συστήματα σε επαφή. Η τροχιακή περίοδος στα συστήματα αυτά έχει τιμές από ~0.21 ημέρες μέχρι ~1 ημέρα. Τα συστήματα με πολύ μικρή τροχιακή περίοδο εμφανίζουν πολύ όμοια χαρακτηριστικά μεταξύ των δύο μελών τους.
Τα τηλεσκόπια που έχουν χρησιμοποιηθεί στο CoBiToM Project μέχρι σήμερα είναι:
Οι παρατηρήσεις καλύπτουν ένα εύρος φαινόμενων μεγεθών μεταξύ 11 < mv < 15 σε όλες τις φωτομετρικές περιοχές του ορατού (B,V,R,I filters).
University of Athens Observatory - 0.4 m telescope
Kryoneri Observatory - 1.2 m telescope
Kottamia Observatory - 1.9 m telescope
Helmos Observatory - "Aristarchos" 2.3 m telescope (Οι εικόνες προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα του Κ.Γαζέα. Ζητήστε άδεια πριν τη χρήση.)
Οι συνεργάτες του CoBiToM Project συμπεριλαμβάνουν:
Δημοσιεύσεις
Δημοσιεύσεις που αφορούν τα διπλά εκλειπτικά συστήματα είναι πολλές και μπορούν να βρεθούν διαδικτυακά.
Πλήρης λίστα δημοσιεύσεων βρίσκεται εδώ.