[论文解读] 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 13

一句话总结

本研究探讨了分层三合星系统中潮汐与自转效应的影响，重点关注偏心食双星AS Camelopardalis。通过解析与数值方法，研究发现当第三颗星体轨道倾角较大且接近共面时，观测到的近日点运动周期会显著长于理论值，且在自转同步过程中出现共振。研究结果挑战了传统的O–C分析方法，并强调需要精确的径向速度与干涉测量数据以探测隐藏的第三颗星体。

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...

研究动机与目标

• 理解潮汐与自转效应如何在偏心食双星（如AS Camelopardalis）中扭曲观测到的近日点运动周期。
• 解决观测到的近日点运动周期与理论值之间的差异，特别是在近日点进动异常缓慢的系统中。
• 模拟分层三合星系统中第三颗星体引起的轨道扰动与恒星自转之间的相互作用。
• 阐明观测到的O–C变化与真实近日点运动周期之间的关系，尤其在光时效应微弱的情况下。

提出的方法

• 开发了一套数值代码，用于整合分层三合星系统的轨道与自转方程，包含潮汐力与耗散力。
• 推导出时间依赖的轨道元素（偏心率、近日点幅角）在偏心率五阶以内的解析表达式。
• 建立了受潮汐力与第三颗星体扰动共同影响的O–C图的直接解析形式。
• 对AS Camelopardalis进行了轨道与自转动力学的数值积分，追踪其数十年的演化过程。
• 利用Hilditch（1972）、Khaliullin & Kozyreva（1983）的观测数据及O–C分析结果，约束初始参数。
• 分析了现代径向速度与干涉技术探测由第三颗星体引起的偏心率变化的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当被第三颗星体扰动时，偏心双星中的潮汐与自转效应如何影响观测到的近日点运动周期？
• RQ2 为何AS Camelopardalis中观测到的近日点运动周期与理论预测值存在显著差异？
• RQ3 在O–C变化幅度较小的系统中，光时效应与轨道倾角在多大程度上掩盖了第三颗星体的存在？
• RQ4 在潮汐耗散驱动的恒星自转与轨道运动同步过程中，是否可能发生共振？若发生，其条件是什么？
• RQ5 双星偏心率随时间的变化在多大程度上影响基于O–C方法探测第三颗星体的可靠性？

主要发现

• 在分层三合星系统中，存在一个显著的参数区域，其观测到的近日点运动周期长于真实动力学周期，尤其当互轨道倾角较大且第三颗星体轨道接近天球面时。
• 观测到的O–C变化可能因潮汐力与第三颗星体效应的共同作用而被强烈扭曲，导致简单代数叠加贡献的方法失效。
• AS Camelopardalis中长达数十年的偏心率变化幅度达0.02，可能反映真实的动力学变化而非观测误差，支持存在扰动星体的存在。
• 当恒星自转速率与轨道运动的平均开普勒角速度相等时，潮汐同步过程中可能发生共振。
• 当第三颗星体轨道接近与天球面共面时，光时效应被抑制，导致通过O–C分析探测第三颗星体变得困难且可能具有误导性。
• 新的干涉测量与径向速度测量对探测AS Camelopardalis及类似系统中隐藏第三颗星体的预测动力学特征至关重要。