[論文レビュー] Tidal and rotational effects in the perturbations of hierarchical triple stellar systems. II. Eccentric systems - the case of AS Camelopardalis

T. Borkovits, E. Forgács‐Dajka+1 more|ArXiv.org|Jul 11, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、階層的三重連星系における潮流および回転効果を調査し、特に離心率の高い食連星 AS Camelopardalis を焦点とする。解析的および数値的手法を用いて、第三星の大きな相互軌道傾きおよびほぼ共面な軌道が、理論的値を著しく上回る観測された近日点進動周期を引き起こすことが示された。回転同期化の過程で共鳴が発生する。これらの発見は、標準的な O–C 分析を挑戦し、隠れた第三星を検出するためには高精度の径画像速度および干渉計測定データの必要性を強調する。

ABSTRACT

We study the perturbations of a relatively close third star on a tidally distorted eccentric eclipsing binary. We consider both the observational consequences of the variations of the orbital elements and the interactions of the stellar rotation with the orbital revolution in the presence of dissipation. We concentrate mainly on the effect of a hypothetical third companion on both the real, and the observed apsidal motion period. We investigate how the observed period derived mainly from some variants of the O-C relates to the real apsidal motion period. We carried out both analytical and numerical investigations and give the time variations of the orbital elements of the binary both in the dynamical and the observational reference frames. We give the direct analytical form of an eclipsing O-C affected simultaneously by the mutual tidal forces and the gravitational interactions with a tertiary. We also integrated numerically simultaneously the orbital and rotational equations for the possible hierarchical triple stellar system AS Camelopardalis. We find that there is a significant domain of the possible hierarchical triple system configurations, where both the dynamical and the observational effects tend to measure longer apsidal advance rate than is expected theoretically. This happens when the mutual inclination of the close and the wide orbits is large, and the orbital plane of the tertiary almost coincides with the plane of the sky. We also obtain new numerical results on the interaction of the orbital evolution and stellar rotation in such triplets. The most important fact is that resonances might occur as the stellar rotational rate varies during the dissipation-driven synchronization process...

研究の動機と目的

• 離心率の高い食連星（AS Camelopardalis など）における潮流および回転効果が、観測された近日点進動にどのように歪みをもたらすかを理解すること。
• 特に近日点進動が著しく遅い系において、観測値と理論値の乖離を解明すること。
• 階層的三重系における第三星からの軌道摂動と星の回転との相互作用をモデル化すること。
• 光行時差効果が弱い場合に、観測された O–C 変動と真の近日点進動周期との関係を明確にすること。

提案手法

• 階層的三重系の軌道および回転方程式に潮流および散乱力を取り入れた数値コードを開発した。
• 離心率の5次までの精度で、時間に依存する軌道要素（離心率、近日点引数）の解析的表現を導出した。
• 潮流力と第三星摂動の両方が影響する O–C 図の直接的解析的表現を定式化した。
• AS Camelopardalis の軌道的および回転的力学を数値的に統合し、数十年にわたる進化を追跡した。
• Hilditch (1972)、Khaliullin & Kozyreva (1983) の観測データおよび O–C 分析を用いて、初期パラメータを制約した。
• 現代の径画像速度および干渉計測定技術による第三星誘導の離心率変動の検出可能性を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第三星の摂動を受ける離心率の高い連星系において、潮流および回転効果が観測された近日点進動周期にどのように影響を与えるか。
• RQ2 なぜ AS Camelopardalis の観測された近日点進動周期は理論的予測と著しく異なるのか。
• RQ3 光行時差効果と軌道傾きが、小振幅の O–C 変動を示す系において第三星の存在をどのように隠蔽するのか。
• RQ4 潮汐散乱による星の回転が軌道運動と同期化する過程で共鳴が発生する可能性があるか、その条件は何か。
• RQ5 時間とともに変化する連星の離心率が、O–C を用いた第三星検出の信頼性にどのように影響するか。

主な発見

• 大きな相互軌道傾きおよび第三星の軌道がほぼ天球面に近い場合、観測された近日点進動周期が真の動力学的周期を著しく上回る、顕著な階層的三重系の配置領域が存在する。
• 観測された O–C 変動は、同時に作用する潮流効果と第三星摂動の影響を強く歪め、単純な代数的和による寄与の加算は無効である。
• AS Camelopardalis において数十年にわたって最大 0.02 の離心率変動が観測されるが、これは観測誤差ではなく、摂動星の存在を支持する実際の動力学的変化を反映している可能性がある。
• 星の回転速度が軌道運動の平均ケプラー角速度と一致するとき、潮汐同期化の過程で共鳴が発生する可能性がある。
• 第三星の軌道が天球面にほぼ共面である場合、光行時差効果が抑制され、O–C 分析による第三星検出が困難かつ誤解を招く可能性がある。
• AS Camelopardalis や類似した系における隠れた第三星の予測される動力学的シグナルを検出するには、新しい干渉計測定および径画像速度測定が不可欠である。