Астрометрическое исследование избранных близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками по наблюдениям в Пулкове тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.01, доктор физико-математических наук Шахт, Наталия Андреевна

• Шахт, Наталия Андреевна
• доктор физико-математических наук
• 2002

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Шахт, Наталия Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗВЕЗД

С ТЕМНЫМИ СПУТНИКАМИ.

§1 Исторический обзор.

1.1.1. История обнаружения невидимых тел по возмущениям

1.1.2. Накопление наблюдательного материала и разработка методики обработки.

§2 Современное состояние проблемы

1.2.1. Поиски внесолнечных планет

1.2.2. Дискуссия о природе и эволюции планетных систем.

1.2.3. Основные результаты наблюдений экзопланет

1.2.4. Поиски объектов субзвездной массы.

1.2.5. Используемые инструменты и технологии для поисков невидимых объектов малой массы.

1.2.6. Скрытая масса и поиски темных компактных объектов.

ГЛАВА II. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА ЗВЕЗД

ПУЛКОВСКОЙ ПРОГРАММЫ

§1 Параметры пулковских астрографов

§2 Пулковская программа наблюдений звезд с невидимыми спутниками

§3 Сравнение визуальных и автоматических измерений. Оценка точности

§4 Обработка измерений. Определение относительных положений.

ГЛАВА III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ

И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИССЛЕДУЕМЫХ ЗВЕЗД.

§1 Исследование двойной звезды ADS 5983 (<5 Близнецов).

3.1.1. История наблюдений 6 Близнецов.

3.1.2. Наблюдения 5 Близнецов в Пулкове.

3.1.3. Выводы

§2 Исследование движения звезды Лаланд

3.2.1. История наблюдений Лаланд 21185.

3.2.2. Результаты наблюдений Лаланд 21185 в Пулкове.

3.2.3. Выводы.

§3 Исследование движения звезды АС 48°1595/1589 (Глизе 623).

3.3.1. История наблюдений Глизе

3.3.2. Измерения и обработка Глизе 623 А.

3.3.3. Определение орбиты фотоцентра Глизе 623А.

3.3.4. Выводы.

§4 Исследование движения двойной звезды ADS 11632.

3.4.1. История наблюдений ADS 11632.

3.4.2. Измерения и обработка ADS 11632.

3.4.3. Выводы.

§5 Исследование движения звезды 51 Пегаса

3.5.1. Первые астрометрические наблюдения 51 Пегаса в Пулкове

3.5.2. Измерения и обработка.

3.5.3. Относительные положения 51 Пегаса.

3.5.4. Определение кинематических параметров. Исследование невязок 3.5.3. Перспективы астрометрических наблюдений 51 Пегаса.

§6 Предварительные результаты наблюдений 61 Лебедя (ADS 14636).

ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕВЯЗОК. ВЫЯВЛЕНИЕ

ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ДВИЖЕНИИ ЗВЕЗД.

§1 Описание применяемых программ и алгоритмов спектрального анализа.

§2 Исследование долговременных рядов одиночных и двойных звезд методами Тюки, Скаргла и CLEAN.

4.2.1. Характеристики используемых методов

4.2.2. Полученные результаты.

4.2.3. Примеры и иллюстрации.

§3 Выводы.

ГЛАВА V. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОРБИТ

И ОЦЕНКИ МАСС СПУТНИКОВ.

§1. Определение элементов орбит звезд ADS 11632 и ADS 5983.

5.1.1. Определение элементов орбиты широкой пары ADS 11632.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Астрометрическое исследование избранных близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками по наблюдениям в Пулкове»

Актуальность проблемы.

Настоящая работа представляет собой исследование движения избранных близких звезд с имеющимися или предполагаемыми невидимыми спутниками, выявляемыми на основе долговременных рядов фотографических наблюдений по гравитационному воздействию на звезду .

Основа соответствующих работ в Пулкове была заложена руководителями пулковской школы фотографической астрометрии и звездной астрономии С.К.Костинским и А.Н.Дейчем.

Актуальность данной тематики, связанная со стремлением решения вопроса о наличии планетных систем у звезд, с выявлением кратных звездных систем, а также с обнаружением темной материи и скрытой массы в различных ее проявлениях, в настоящее время приобрела еще большее значение в связи с быстро развивающимися отраслями астрономии, уже обогатившими науку открытиями субзвездных объектов - коричневых карликов, протопланетной материи и, наконец, планетоподобных тел, вращающихся вокруг звезд и обнаруженных по возмущениям в движении звезды.

Можно вкратце перечислить основные проблемы астрономии, связанные с обнаружением невидимых спутников у звезд. К ним относятся:

1) поиски, открытия и изучение звезд, имеющих планетоподобные спутники, а также эмпирические и статистические исследования частоты появления или распространения во Вселенной планетных систем и изучение их параметров (см., например, Oudenot and Mayor, 2000, [1] ; Lissauer, 1998, [2J; Wambs-ganfi, 1997, [3J).

К этой проблеме примыкают :

2) понимание процессов звездообразования и формирования планет на определенных стадиях звездной эволюции, изучение протопланетных дисков вокруг звезд (см., например, Beust, 1998, [4]),

3) оценки верхних пределов масс планет и нижних пределов масс звезд, выводы относительно природы и существования коричневых карликов, т.е. объектов с промежуточной массой, которая меньше массы, необходимой для ядерных реакций, поддерживающих собственную светимость звезды (см., например, Barrows, 1998, [5].)

Наряду с этим представляют большой интерес исследования, связанные с вопросами обнаружения скрытой массы. К ним можно отнести :

4) распределение в пространстве маломассивных объектов с массами менее 0.2 массы Солнца, обнаружение которых имеет большое значение для определения калибровочных точек в нижней части главной последовательности, или диаграммы масса- светимость; причем известно, что эти объекты (маломассивные звезды) недостаточно изучены благодаря их малой светимости и небольшому количеству (см., например, Kopenberger and Мс Carthy, 1994> [6]-)

5) Другим аспектом изучения скрытой массы является определение звездной плотности в окрестностях Солнца и в диске Галактики, а также : распределение скрытой массы в темном гало нашей галактики и в других Галактиках. Эта невидимая материя по данным последних экспериментов и наблюдений с помощью микролинзирования частично состоит из барионного вещества, а именно из темных компактных объектов с массой около 0.4 масс Солнца (см., например, Lassere, 2000, [7], а также: Sahu et al. , 2001, [8]).

6) С проблемой обнаружения невидимых спутников связаны также вопросы кратности звезд и других объектов, оценка иерархической и неиерархической структуры этих систем, их пространственное расположение, вопросы их устойчивости, времени жизни и т.д.

Важную роль вопрос кратности играет в настоящее время в связи с большим количеством положений звезд, полученных на основе космических наблюдений, составлением каталогов и решением ряда задач звездной астрономии (см., например, Гончаров, Андронова, 1998, [9]). Актуальным является так же обнаружение двойственности и кратности тех звезд, которые входят в систему опорных при определении параллаксов, и кратностью которых можно было пренебречь до тех пор, пока точность астрометрических наблюдений существенно не возрастала; при этом известно, что теоретически возникновение этой проблемы было предсказано ранее (см., например, Van de Kamp, 1981, [10]; Black, 1980, [11]; Herczeg, 1984, [12]).

7) Проблема существования планет в системах двойных звезд, возможные внешние и внутренние орбиты этих планет — эти вопросы, связанные с задачей п - тел, не могли решаться в достаточном объеме в докомпьютерную эпоху; в настоящее время они дискутируется на основе более сложных вычислений и теоретических разработок в рамках небесной механики (см., например, Benest, 1997, [13]), также как вопросы эволюции и стабильности орбит внесолнеч-ных планет (см. Соколов, 2001, [14]-)

Мы условно отнесли главные вопросы обнаружения невидимых объектов , а также темных спутников у звезд к приведенным выше пунктам настоящего параграфа. Указанные ссылки отражают лишь малую часть теоретических исследований и наблюдательных данных, относящихся к этим вопросам. На самом деле существует очень большое многообразие работ, относящихся к данной теме. Во всяком случае эти данные характеризуют связанные с нашей работой проблемы как чрезвычайно актуальные

К астрометрическим наблюдениям звезд с невидимыми спутниками до недавних пор относились наблюдения их положений и движений, проводимые целенаправленно фотографическим путем с помощью длиннофокусных астрографов методами, неоднократно описываемыми в астрономической литературе. Примером могут служить работы Ван де Кампа и Липпинкот (см. Van de Kamp, 1981, [9], Lippincott, 1978, [15]) и др.

Широко известны работы А.Н.Дейча, посвященные исследованию звезды 61 Лебедя на основе многолетних рядов наблюдений этой звезды в Пулкове (см. Дейч, 1951, [16] ; Дейч, 1957, [18]; Дейч, 1960, [19]; Дейч и Орлова, 1977, [20]; Дейч, 1978, [17]).

Краткая история наблюдений в Пулкове 61 Лебедя, а также других звезд с заподозренными планетоподобными компонентами, была представлена автором диссертации на конференции "Планетные системы - взгляд издалека" в 1997 году в Блуа (Франция) и содержится в работах: БкакЫ, 1998, [21]; Сгозкеюа, ЗкакЫ е! а1. , 1998, [22]). Некоторые последние данные, посвященные астрометрическим наблюдениям и обработке измерений на пулковском автоматическом комплексе (АИК) "Фантазия" звезд: 61 Лебедя, 51 Пегаса и 6 Близнецов с предполагаемыми невидимыми спутниками, были представлены на Всероссийской астрономической конференции 2001 года (см. Горшанов и др. 2001, [23], Шахт и др., 2001, [24, 25]).

Несмотря на то, что сейчас для решения этих задач применяется большое количество разнообразных методов: исследование лучевых скоростей, радиоастрономические наблюдения , спекл-интерферометрия, фотометрия, а также наблюдения с помощью космических аппаратов, основным инициатором этих наблюдений явилась в свое время наземная астрометрия, и, в частности, фотографическая астрометрия. Выполненные с помощью фотографических наблюдений исследования и полученные в течение многих лет однородные ряды сохранили свою актуальность в качестве рядов сравнения с наблюдениями другого рода, а также в качестве материала, пригодного для выявления спутников с достаточно длительными периодами обращения (до нескольких десятков лет).

Круг исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, непосредственно связан с решением проблем, перечисленных в пунктах 1, 3, 4, 6, что и определяет актуальность темы диссертации.

Цели, задачи и методы исследования.

В наиболее общей формулировке, целью работы было создание на длиннофокусном астрографе однородных, плотных и высокоточных рядов фотографических наблюдений близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками и исследование влияния спутников на движение этих звезд, причем конкретной звдачей было исследование движения пяти звезд программы: ADS 5983 (6 Gem), Лаланд 21185, Глизе 623, ADS 11632 и 51 Пегаса.

В работе предполагалось определение собственных движений и параллаксов исследуемых звезд, а также орбит двойных звезд для анализа возможного периодического хода в невязках О-С, вызываемого влиянием спутника на прямолинейное движение одиночной звезды или на относительное орбитальное движение двойной звезды.

Так как, согласно предварительным оценкам, массы некоторых из спутников предполагались достаточно малыми, близкими к планетным и к субзвездным (около 0.01 М©), а у звезды ADS 5983 (S Gem ) масса заподозренного спутника могла быть около 10 М©, предметом исследования был анализ возмущений, различающихся по величине амплитуды, и оценки достаточно широкого диапазона масс.

В работе предполагалось исследование некоторых методов спектрального анализа для уточнения их наиболее оптимального применения в конкретных случаях и для конкретных объектов - звезд с темными спутниками.

Одной из целей данной работы было исследование автоматического измерительного комплекса (АИК) "Фантазия" применительно к конкретным рядам наблюдений звезд с темными спутниками и разработка методики измерений и обработки.

В работе методами моделирования и тестирования предполагалось также определить возможности пулковских наблюдательных рядов для получения соответствующих масс и периодов спутников в зависимости от протяженности и точности конкретного ряда.

В работе были использованы следующие методы исследования:

1) Наблюдения избранных звезд с помощью длиннофокусного астрографа; 2) использование высокоточного измерительного комплекса (АИК) "Фантазия" для измерения астронегативов; 3) получение относительных координат исследуемых звезд по астронегативам с наиболее точной редукцией, с контролем точности отдельных пластинок и назначением соответствующих весов при определении кинематических и динамических параметров этих звезд, улучшение точности путем автоматических измерений ;4) применение методов математического спектрального анализа для исследования возможных периодических составляющих в движении звезд, вызванных влиянием спутника определение орбит двойных звезд с контролем по отдаленным по времени наблюдениям и исследование полученых разностей О-С.

Круг конкретных задач, решаемых в рамках диссертационной работы, выглядел следующим образом:

1. Наблюдения на 26" рефракторе выбранных звезд с достаточно плотным распределением по времени.

2. Измерение и обработка. Составление компьютерных программ для обработки и моделирования.

3. Сравнение систем визуальных и автоматических измерений на всех этапах исследования, начиная от оценки внутренней и внешней точности и кончая вычислением орбиты фотоцентра и орбиты видимой широкой пары по измерениям в этих двух системах.

4. Выявление периодических составляющих в движениях звезд, сравнение их с контрольным объектом. Оценка возможности альтернативного объяснения периодического хода О-С, а именно, их негравитационного характера.

5. Оценка нижнего предела масс выявленных спутников.

6. Оценка пределов возможностей и перспектив фотографических наблюдений в Пулкове для решения задач, поставленных в диссертации, а также для обработки других рядов наблюдений.

Общий результат работы.

В диссертации представлен и проанализирован фотографический материал для 5 объектов программы, представляющий собой 550 пластинок, полученных на 26" рефракторе в 1960-2000 г.г.

Кроме того, дополнительно под руководством автора настоящей диссертации , Д .JI .Горшановым был произведен анализ ряда наблюдений на 26" рефракторе звезды 61 Лебедя, измеренной в настоящее время на автоматической машине "Фантазия". Предварительные результаты этого исследования, основанного на 260 пластинках, полученных в 1961-1997 г.г., были приведены в общем докладе с соавторами на Всероссийской Астрономической конференции 2001 (см. Горшанов и др. , 2001, [23].)

Результаты анализа данных наблюдений позволили выделить две звезды с достаточно уверенно определяемыми невидимыми компонентами, а именно :

1) ADS 5983 (6 Gern) (см. Шахт, 1988, [26], Шахт, 2000, [27]) и

2) Глизе 623 (АС48°1595/1589), (Shakht, 1997, [28]), а также предположить наличие двух планетоподобных спутников у звезды ADS 11632 ( Шахт, 1984, [29], Шахт и др. 1999, [30].)

Кроме того, были заложены первые эпохи наблюдений звезды 51 Пегаса (Shakht et al, 1997, [31]; Grosheva, Shakht et al, 1998, [22]) и был решен вопрос об отсутствии спутников с выделенным диапазоном масс и периодов у этой звезды, а также у звезды Лаланд 21185 (Shakht, 1992, [32]).

Научная новизна

В диссертации представлены следующие новые результаты: Впервые в единой системе фотографических наблюдений на пулковском 26" рефракторе были получены длинные, плотные и однородные ряды положений избранных близких звезд с предполагаемыми невидимыми спутниками. Эти ряды протяженностью до 30 лет и выше позволяют с соответствующей точностью выявлять периоды возмущений от 3.5 до 15 лет в зависимости от амплитуды. Эти наблюдения использовались затем в ряде работ (см., например, Киселев и др., 1988, [33], Шахт, 1998, [34]) для решения различных задач, в частности, для исследований этих временных рядов с применением методов спектрального анализа, для определения динамических и кинематических параметров этих эвезд и для определения орбит двойных звезд ADS 11632 и ADS

5983 (5 Gem). При этом 28 - летний ряд астрометрических наблюдений с дифракционной решеткой ADS 5983 (<5 Gem), состоящий из 104 пластинок ( около 1000 отдельных положений) двойной звезды с компонентами разной яркости, не имеет аналогов наблюдений этой звезды по протяженности, по однородности и по точности фотографических наблюдений, (см., Worley, Douglass, 1996, WVD Catalogue, [35]).

-Впервые была поставлена и целенаправлено решена задача внедрения автоматического измерительного комплекса "Фантазия" в процесс обработки фотографического материала, накопленного за долгие годы и представляющего собой наблюдения двойных и одиночных звезд с невидимыми спутниками по пулковской программе. При этом решение данной задачи включало в себя как методические разработки, так и контроль по получаемым динамическим и кинематическим параметрам исследуемых звезд и по выявляемым периодам возмущений в движении этих звезд. Автором диссертации впервые на основе однородных фотографических наблюдений этой звезды на 26" рефракторе за период 1972-1984 г.г. было установлено, что третий компонент системы ADS 5983 при периоде 6 ± 1 год имеет достаточно малую массу > 0.2 МО, причем выявленная амплитуда смещения составляет всего 0."020, ( Шахт, 1988, [26]), что подтвердилось при дальнейших исследованиях на интервале наблюдений 1972-1999 г.г. (см. ( Шахт, 2000, [27]).

До этого решался вопрос о наличии релятивистского спутника (с массой около 10 М©) и с периодом обращения 6.1 год, у этой звезды , (см. Zel-dowich, Gusseinov, 1966, [36]; Trimble, Thome, 1969, [37] Гуссейнов, Новрузо-ва, 1971, [38]) , причем предпринимались различные попытки проверить гипотезу о природе спутника путем наблюдений. В результате на основе спектроскопических и позиционных наблюдений был сделан вывод об отсутствии шестилетнего периода возмущений в движении этой звезды и об отсутствии спутника как релятивистской, так и звездной природы с таким периодом обращения (см. Блинников, Птицын, 1971, [39] и Ахундова, Гуссейнов, 1972, [40]). Очевидно, что тогда не было достаточно однородных и продолжительных рядов астрометриче-ских и спектроскопических наблюдений этой звезды. При этом предполагаемый спутник не был обнаружен также при спекл-наблюдениях из-за недостаточного разрешения (см. Bonneau et al, 1984, [41] > Hartkoph , Me Alister, 1984, [4%])- В настоящее время по наблюдениям Hipparcos [43] опубликованы элементы предварительной орбиты фотоцентра главной звезды ADS 5893 А , описываемой под влиянием темного спутника с периодом 6.1 год, где большая полуось орбиты, равная 0."014 , согласуется с полученной нами ранее амплитудой смещения и с соответствующей малой массой спутника.

Впервые по 30 - летнему ряду наблюдений было вычислено вековое перспективное ускорение q, равное 0."00017 ± 0.00007 "/год2, для одной из самых близких к Солнцу звезд Лаланд 21185 не только по проекциям координат а и S, но и по направлению движения /л, а также по изменениям собственного движения в разных точках наблюдательного периода, что дало возможность оценить геометрическую лучевую скорость по величине q и уточнить природу этой звезды (см.Shakht, 1992, [32]).

Было подтверждено наличие спутника у звезды Глизе 623 (Ж748°1595/1589) (cM.Shakht, 1997, [28]). Получены элементы орбиты фотоцентра. Большая полуось орбиты а, равная 0".052 ± 0."006, оказалась наиболее устойчивым параметром. Нижний предел массы спутника 0.090 ± 0.030М© рассчитанный с ее учетом и с полученным нами параллаксом согласуется с оценкой массы спутника, сделанной Барбери и др. Barbieri et al. 1996, [134] и несколько превышает границы субзвездной массы, и свидетельствует о том, что спутник Глизе 623 скорее является звездным объектом, чем коричневым карликом, как допускалось в работе Липпинкот и Боргмана (Lippincott, Borgman, 1978, [45])

- По инициативе автора в 1995 году впервые начаты планомерные астроме-трические наблюдения звезды 51 Пегаса, как только у этой звезды по наблюдениям лучевых скоростей был выявлен планетоподобный спутник с периодом 4.2 дня и массой 0.44 массы Юпитера {Mayor, Quelos, 1995, [144], Marcy, Butler, 1995, [47]). Наблюдения на 26" рефракторе и высокая точность измерений на автоматической машине "Фантазия" , характеризуемая ошибкой одного изображения, равной 0." 028, и ошибкой единицы веса (внешней ошибкой одной пластинки), получаемой при решении систем уравнений относительно собственного движения и параллакса и равной 0."028, дали возможность исследовать определенный диапазон периодов и масс возможных спутников этой звезды, а именно, периоды от 0.5 до 2.8 лет и массы более 0.2 массы Солнца. При исследовании соответствующие возмущения не были выявлены, в связи с чем с этим дается таблица, характеризующая "зону избегания" спутников , которые согласно нашим наблюдениям отсутствуют у 51 Пегаса. Также приводится семейство наиболее вероятных орбит, обнаружение которых возможно при продолжении наблюдений на 26" рефракторе и имеющейся точности одного среднегодового положения, составляющей 0."009.

Научная и практическая ценность.

Полученные однородные ряды звезд с заподозренными невидимыми компонентами послужили основой для неоднократного определения орбит этих звезд как широких пар, а также для оценки сумм масс и динамических параллаксов {си.Киселев и др., 1988, [33]; Shakht, Kiyaeva, 1992, [48]; Шахт и др., 1999, [30]\ Kiselev et al, 1997, [49]; Киселев, Романенко, 1996, [50]; Киселев и др. [51]).

Относительные положения ADS 11632, полученные по 36- летнему ряду наблюдений в Пулкове, переданы автором в ИНАСАН.

Автором подготовлен и отлажен комплекс программ для обработки подобных рядов, измеряемых на автоматической машине "Фантазия". Составлены программы для обработки измерений двойных звезд и для определения собственных движений и параллаксов. Эти программы использовались в Лаборатории автоматизации научных исследований Г АО РАН.

Наблюдения, обработанные автором первоначально по измерениям на полуавтоматическом измерительном приборе " Аскорекорд", послужили также материалом для тестирования и усовершенствования алгоритмов для автоматических измерений изображений звезд (см. Shakht, 1997, [28]; Канаев, и др. [52]).

Автором разработаны методические рекомендации и составлены и опробованы компьютерные программы, которые служат основой для осуществляемой в настоящее время обработки полученных на двух пулковских инструментах многолетних наблюдений входящей в программу звезд с невидимыми спутниками визуально-двойной звезды ADS 7251, а также уникального по длительности и по количеству наблюдений столетнего ряда визуально- двойной звезды 61 Лебедя (ADS 14636), и других звезд. В настоящее время по измерениям 61 Лебедя на автоматической машине "Фантазия" получены относительные кординаты р и в для интервала наблюдений 1961-1997 г.г. с ошибкой одного среднегодового положения 0."008 и 0.°01 соответственно (см. Горшанов и др., 2001, [23]).

Результаты исследования различных методов спектрального анализа и составленные автором программы использовались в лаборатории вращения Земли и в лаборатории физики Солнца ГАО РАН.

На защиту выносятся:

1)Относительные положения пяти близких звезд, из них двух визуально-двойных: ADS 11632 и ADS 5983 (5 Близнецов) и трех одиночных: Лаланд 21185 , Глизе 623 и 51 Пегаса с ошибками одного среднегодового места 0."007-г 0."020 а также предварительные положения ADS 14636 (61 Лебедя) по измерениям на автоматической машине "Фантазия" с ошибкой одного среднегодового положения 0."008 (см. табл. 1).

Исследование и моделирование показало, что эти ряды при продолжительности более 30 лет позволяют выявить влияние спутника с массой 0.004-^0.012 М© с периодами от 4 до 15 лет.

2) Результаты исследования случайных и систематических ошибок измерений фотопластинок на машине " Фантазия", показавшие увеличение внешней точности в 1.2 раза, а также позволившие выявить систематическую разность между визуальными и автоматическими измерениями.

3)Результаты определения элементов орбит двойных звезд: ADS 5983 и ADS 11632, элементов орбит фотоцентров и оценки масс спутников у звезд ADS 5983 А и Глизе 623, а также оценки периодов и масс гипотетических планетоподобных спутников у звезды ADS 11632 (см. табл.2-2,а).

4)Результаты исследования звезды Лаланд 21185, показавшие отсутствие спутников с массой более 0.01 и периодами от 3.5 до 30 лет и позволившие астро-метрическим методом определить лучевую скорость.

5) Результаты астрометрических наблюдений звезды 51 Пегаса, показавшие отсутствие спутников с периодами от 1.4 до 3.5 лет и с массами более 0.3 М<Э

Данные об этих звездах приведены в таблицах 1 и 1,а, где А Т- период наблюдений на 26" рефракторе (26") и на нормальном астрографе (NA), N-число пластинок, а (А) и (Ф)- среднегодовые ошибки в 0".001 полученные по визуальным измерениям на Аскорекорде и по автоматическим измерениям на АИК "Фантазия" соответственно.

В таблице 2 даны параметры относительных орбит, полученные для широких пар визуально-двойных звезд ADS 5983 (5 Gem) по измерениям на Аскорекорде и ADS 11632 по измерениям на Аскорекорде -(А) и на "Фантазии"- (Ф). AT- общий интервал наблюдений.

В таблице 2,а даны элементы орбит фотоцентра Глизе 623 и одного из вариантов вероятных фотоцентрических орбит яркой компоненты S Gem А, описываемых под влиянием спутников, а также периоды и амплитуды смещения фотоцентра одной из компонент двойной звезды ADS 11632, полученные под влиянием гипотетических спутников. Периоды Р в таблицах 2 и 2,а выражены в годах. В последнем столбце таблицы 2 приведена сумма масс компонентов в единицах массы Солнца, в последнем столбце таблицы 2,а даны нижние пределы масс спутников, выраженные также в массах Солнца. AT- общий интервал наблюдений.

Таблица 1. Данные об исследуемых звездах.

N0 Название Бр <*2000.0 <52000.0 7Чг ДТ N <т

1. АББ 5983 А Зт.5 Е21У 7к 20т.1 +22° 00' 0."061 1972-2000, 26" 144 20 (А)

5 Сет) В 8.2 сЖ6

2. Ьа1 21185 7.5 М2У 11 03.3 +36 02 0.396 1962-1993, 26" 93 16 (А)

3. ОИеэе 623 10.5 <ШЗ 16 24.0 +48 21 0.138 1979-1995, 26" 89 13 (А)

8(Ф)

4. АББ 11632 А 8.9 ам4 18 42.9 +59 36 0.284 1961-1999, 26" 188 17 (А)

В 9.7 амб 12 (Ф)

5. 51 Ре§ 5.5 вбУ 22 57.5 +20 46 0.074 1995-2000, 26" 40 9(Ф)

Таблица 1,а. Данные о двойной звезде 61 Лебедя.

N0 АБв Эр «2000.0 ¿2000.0 Щг АТ N а

АБв 14636 А 5.2 К5У 21л 07.т7 +38 °42' 0."296 1898-2000, МА 240 15 (А)

61 Су§) В 6.0 К5У 1960-2000, 26" 260 8 (Ф)

Таблица 2. Элементы орбит двойных звезд.

N0 АББ АТ Р а е г и> п Т 1 о М0

1. АББ 5983 (А) 24 622.0 6."03 0.75 62°.3 63°.7 3539 1644.8 2.5

2. АБЭ 11632 (А) 36 1124.4 27.3 0.43 318°.4 106°.6 145°.0 1834.2 0.68

АББ 11632 (Ф) 28 1092.7 26.7 0.42 318.°9 106о7 145-о0 1835.9 0.68

Таблица 2,а. Элементы орбит фотоцентров.

Название АТ Р а е г ш п Т -£ 0 МО

1. Глизе 623 (А) 17 3.76 0."052 0.51 134° 265° 134° 1984.3 0.09

Глизе 623 (Ф) 17 3.76 0."052 0.51 141° 289° 149° 1984.3 0.09

2. 6 ветА (А) 28 5.6 0."023 0.10 43° 130° 207° 1973.3 0.2

3. АБЭ 11632 (Ф) 36 16.4 0."020 0.005

36 4.6 0."020 0.012

Апробация работы.

Содержание диссертации докладывалось на семинарах лаборатории фотографической астрометрии , на семинаре лаборатории фотометрии, на семинарах астрометрических отделов ГАО РАН , на семинаре кафедры звездной динамики СПбГУ (2001 г.), на координационном Совете по астрометрии ГАИШ (2001), на общегородском астрономическом семинаре ИПА (Санкт-Петербург, 2001), а также на всесоюзных , всероссийских и международных совещаниях: на зимних школах Уральского Гос.университета в 1989-1990 г.г. , на астрофизических конференциях Всероссийского астрономического общества в Цее (Сев. Осетия, 1990 г.), в Нижнем Новгороде (1991 г.) и в Москве (1992 г.).

Работы были представлены на международных конференциях по двойным звездам в Атланте (США) (1991), на 166 Симпозиуме MAC в Гааге (1994), на конференции Европейского астрономического союза JENAM-1995 в Катанье (Италия).

Автором были сделаны доклады на международной конференции "Эволюция и структура Вселенной" в Петрозаводске (1995), на конференции по двойным звездам в Сантъяго де Компостела (Испания, 1996) , на конференции "Планетные системы" в Блуа (Франция, 1997), на конференции Европейского Астрономического союза JENAM-2000 (Москва), на международной конференции "Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века" (ИПА, Санкт-Петербург, 2000 г. ) и на Всероссийской астрономической конференции ( Санкт-Петербург, 2001).

Автором было сделано 9 докладов на 6 международных конференциях и симпозиумах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы (151 наименование). Она содержит 35" рисунков

Заключение диссертации по теме «Астрометрия и небесная механика», Шахт, Наталия Андреевна

6) Результаты исследования ADS 5983 (5 Gem) довольно уверенно показали присутствие спутника (см. рис. 30, 33). Его орбита требует уточнения. Однако с учетом получаемой суммы масс компонентов визуальной пары, равной 2.5 М© можно утверждать, что этот спутник не имеет значительной массы.

Нашей первоначальной задачей при наблюдениях данной звезды была проверка гипотезы о наличии у нее темного спутника, а также оценка его периода обращения и массы. По нашим оценкам наиболее вероятным является период Р= 5.6 года, масса спутника М > 0.20 МО; согласно [123] - Р= 6.1 года и масса спутника М > 0.15 МО.

В обоих случаях спутник должен быть звездным маломассивным объектом, масса которого существенно превышает массу коричневого карлика или плането-подобного спутника.

Таким образом, мы делаем вывод, что наши пулковские наблюдения позволили обнаружить влияние спутника с достаточно малой звездной массой, что затем подтвердилось по наблюдениям Шррагсоэ. Определение орбиты спутника в обоих случаях требует более точных дополнительных наблюдений.

Возможно также, что открытым вопрос о наличии гипотетического спутника с периодом обращения 1 год, предположенного согласно [40].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ §1. Окончательные результаты.

Окончательно можно сформулировать некоторые выводы из данной работы.

1. Для звезды Дельта Близнецов (ADS 5983), которая наблюдалась на 26" рефракторе в 1972-1999 г.г. как астрометрическая визуально-двойная звезда делается окончательный вывод о том, что объект с массой около 6-9 М© не может быть спутником этой системы; спутник с массой около 0.2 и периодом обращения 5.6 лет оказывает гравитационное влияние на главную компоненту. Наблюдения главной компоненты ADS 5983 А в 1979-1990 г.г., при которых объект измерялся на фоне опорных звезд подтверждают влияние спутника с периодом 5.6 лет , возможно также влияние короткопериодического 4-го компонента системы с периодом обращения около 1 года.

Для дальнейшего подтверждения и уточнения принадлежности спутника именно к яркой компоненте ADS 5983 # являются перспективными измерения слабой компоненты ADS 5983 В на фоне опорных звезд.

2.Подтверждено наличие темного спутника с предельно малой звездной массой у звезды Глизе 623, а также дополнительно получено значение ее параллакса, подтверждающего более далекое расстояние до этой звезды по сравнению с расстоянием, определяемым по имеющимуся фотометрическому параллаксу.

3. Обнаружена систематическая разность между визуальными и автоматическими измерениями расстояний двойной звезды ADS 11632 с учетом которой разница ее положения, полученными на 26" рефракторе практически не отличаются от положений, полученных на другими астрографах подобного типа.

4. Полученное вековое перспективное ускорение Лаланд 21185 свидетельствует не только об отсутствии гравитационного красного смещения у этой звезды, но и об отсутствии долгопериодического спутника с массой более 0.01 масс Солнца ( с периодом от 8 до 30 лет) и об удовлетворительной точности пулковских наблюдений для решения подобных задач.

5. Получены результаты первой эпохи астрометрических наблюдений 51 Пегаса с высокой для фотографических наблюдений точностью, характеризуемой ошибкой единицы веса, равной 0."028. Продолжение наблюдений позволяет расширить диапазон исследуемых частот и периодов, а также уменьшить предел массы возможных спутников. В перспективе продолжение точных однородных фотографических наблюдений этой звезды в течение 12 лет и более позволит выявить влияние спутника с массой, близкой к массе коричневого карлика (около О.О8М0).

6. Для контроля всех выявленных периодов в движениях звезд с предполагаемыми или подтверждаемыми спутниками нами были рассмотрены также некоторые альтернативные варианты объяснения периодического хода невязок в уравнениях или О-С. Так были проанализированы гипотезы о негравитационном характере исследуемых периодических составляющих в движении звезд: а) Глизе 623 ; б) ö Gem; в) ADS 11632.

В первом случае сравнивались невязки исследуемого объекта и контрольной звезды, в положениях которой, полученных в те же моменты и в тех же тех же условиях, что и положения Глизе 623, периодический ход, подобный периодическим смещениям Глизе 623, не был обнаружен. В следующих двух случаях исследовались возможные корреляции между периодическим ходом невязок и изменением качества изображения и изменением температуры, а также изменением зенитного расстояния при наблюдениях. Полученные результаты не показали значительной корреляционной связи между данными факторами и периодическим ходом невязок, представляемым синусоидой. Таким образом, данный анализ позволил сделать дополнительный вывод о гравитационном характере периодического хода О-С для а) Глизе 623 ; б) 5 Gem; и о достаточно достоверных, не зависящих от известных астроклиматических факторов и условий наблюдений периодах, проявившихся в О-С в орбитальном движении ADS 11632.

7. Одним из объяснений периодических уклонений в орбитальном движении ADS 11632, может быть присутствие спутников с массами 0.005 М© и 0.012 М© с периодами обращения 16.4 и 4.6 года.

§ 2. Перспективы измерений и наблюдений звезд данной программы.

В процессе измерений на автоматической машине " Фантазия" подготовлены и отлажены алгоритмы и программы для обработки больших рядов одиночных и двойных звезд, в том числе звезд с невидимыми спутниками.

Измеренный в настоящее время ряд наблюдений 61 Лебедя, состоящий почти из 1500 пластинок с общим числом около 20 ООО положений за период наблюдений 1898-2000 г.г. является одним из самых перспективных для дальнейших исследований независимо от того, будет ли подтверждено наличие спутников у этой звезды.

Предварительная обработка показала, что ошибка одного изображения на пластинках 26" рефрактора составляет 1.1 микрона (0."022) и на пластинках нормального астрографа 1.4 микрона (0."042), полученный за длительный промежуток наблюдений вес ускорения позволяет получить его с ошибкой около 0." 00002, таким образом имеется возможность определить орбиту этой двойной звезды и получить сумму и отношение масс компонентов.

В настоящее время измерен на "Фантазии" состоящий из 600 пластинок и представляющий большой интерес для исследования продолжительный ряд наблюдений на двух инструментах (1962-2001 г.г. на 26" рефракторе и 1965-2001 г.г. на нормальном астрографе) двойной звезды ADS 7251. У этой звезды в свое время по измерениям на Аскорекорде была получена достаточно высокая точность относительных положений (ошибки среднегодовых относительных расстояний и позиционного углов по наблюдениям на на 26" рефракторе составили соответственно: ±0."007 и ±0.°025),[60], [113] Ее орбита и сумма масс компонентов неоднократно определялись по пулковским данным, (см. [ 33], [49],[50].)

По предварительным оценкам точность полученных положений ADS 7251 не ниже, чем точность положений 61 Лебедя, и здесь также возможно получение отношения масс компонентов и определение элементов орбиты на основе ряда наблюдений протяженностью около 40 лет. Подготовка к измерениям 61 Лебедя и ADS 7251, получение предварительных положений и оценка их точности были сделаны с использованием компьютерных программ и рекомендаций автора настоящей диссертации.

В настоящее время в Пулкове еще имеется возможность наблюдать в течение нескольких лет звезды данной программы на фотопластинках, таким образом можно увеличить веса для более точного получения параллакса звезды 51 Пегаса и уточнения векового перспективного ускорения Лаланд 21185.

Наиболее перспективным остаются наблюдения двойных звезд таких, как ADS 11632 и 61 Лебедя с помощью ПЗС- матриц.

Для сравнения систем относительных положений в Пулкове фотографические наблюдения и наблюдения на ПЗС- матрицах ведутся параллельно.

В Пулкове в течение многих лет накоплены ряды наблюдений других одиночных, двойных и кратных звезд, которые могут быть исследованы как звезды с возможными невидимыми спутниками. В этом случае, можно надеятся, что некоторые выводы и опыт настоящей работы окажутся полезными в дальнейших исследованиях.

В заключение настоящей работы автор выражает благодарность всем наблюдателям 26" рефрактора и нормального астрографа за участие в создании высокоточных и однородных рядов наблюдений звезд с невидимыми спутниками.

Автор выражает благодарность своим коллегам А.А.Киселеву и О.В. Ки-яевой за ценные советы и полезную дискуссию в процессе выполнения данной работы, а также Е.В. Полякову и В.Б. Рафальскому за предоставление возможности измерять полученные астронегативы на АИК "Фантазия", М.С. Чубею , И.С. Измайлову, Е.А.Грошевой и В.М. Шпаеру за помощь в установлении графических программ и ценные советы по оформлению работы.

Автор также благодарит зав. Астрометрическим отделом ГАО РАН И.И.Канаева за постоянный интерес к данной теме и помощь в организационной работе.

Автор выражает свою благодарность также своим коллегам -астрофизикам и, особенно, Ю.Н. Гнедину за интерес к работе, приглашения с докладами на астрофизические семинары и полезные дискуссии.

Автор выражает свою искреннюю признательность члену-корреспонденту РАН В.К. Абалакину за поддержку и помощь на всех этапах выполнения настоящей работы.

Автор выражает также свою благодарность зарубежным коллегам, особенно, доктору Дж. Марси (Калифорнийский ун-т, США) за неоднократные личные сообщения о новейших данных в области исследования звезд с планетоподобными спутниками.

Данная работа поддерживалась в течение нескольких лет грантом Министерства Науки России 01-54; грантами РФФИ: 95-02 -06023-а, 98-02-16757, а также персональными грантами: 96-02-26876-3 (РФФИ) и грантом Министерства Науки Франции (CNRS ,1997 ), за что автор выражает всем этим организациям свою глубокую благодарность.