АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 92, № 3, с. 220-228
УДК 524.387
О ВОЗМОЖНОМ МЕХАНИЗМЕ ФОРМИРОВАНИЯ ГОРБОВ НА ОРБИТАЛЬНЫХ КРИВЫХ БЛЕСКА В КАТАКЛИЗМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ ЗВЕЗДАХ ТИПА WZ Sge
2015 г. Д.А.Кононов*, Д. В. Бисикало, В. Б. Пузин, А. Г. Жилкин, А. Ю. Сытов
Институт астрономии Российской академии наук, Москва, Россия Поступила в редакцию 19.09.2014 г.; принята в печать 24.09.2014 г.
На основании результатов трехмерного численного моделирования газовой динамики в системе V455 And предложен механизм формирования горбов на кривых блеска в катаклизмических переменных звездах типа WZ Sge. Анализ рассчитанной структуры течения показывает, что в системе формируется аккреционный диск c четырьмя ударными волнами, расположенными на его наружном крае. Кроме того, в аккреционном диске образуется прецессионная спиральная волна плотности, которая практически покоится в системе координат наблюдателя. Как следствие, на каждом обороте системы все ударные волны (два рукава приливной ударной волны, "горячая линия" и отошедшая ударная волна) проходят через место расположения прецессионной волны плотности. Взаимодействие прецессионной спиральной волны с ударными волнами приводит к дополнительному локальному увеличению плотности в области ударных волн. Это вызывает усиление ударных волн и повышенное энерговыделение на их фронтах, что должно приводить к усилению яркости системы и может наблюдаться как горбы на кривых блеска. Наблюдаемое в системе V455 And смещение горбов по орбитальной фазе в зависимости от эпохи наблюдений в рамках предложенной модели легко объясняется разницей скоростей ретроградной прецессии волны плотности и орбитального вращения двойной звезды, а изменение количества горбов — наличием не двух, а четырех наиболее сильных ударных волн в картине течения и условиями их видимости в момент наблюдений.
DOI: 10.7868/S0004629915030032
1. ВВЕДЕНИЕ
Звезды подтипа WZ Sge (тип SU UMa) представляют собой тесные двойные системы, характеризующиеся малыми отношениями масс компонентов (q < 0.1) и короткими орбитальными периодами (^80 мин). Считается, что эти системы в процессе эволюции уже прошли стадию минимального орбитального периода и находятся на стадии его роста. В некоторых работах (см. [1] и ссылки в этой работе) выдвигается предположение, что вторичными компонентами в таких системах могут быть коричневые карлики, что, в частности, может быть причиной низкого темпа переноса массы, темпа аккреции, и, соответственно, низкой светимости. Звездная величина большинства представителей этого подкласса не превышает 15m.
Характерной особенностью звезд подтипа WZ Sge являются очень мощные супервспышки с амплитудами более 6m. Цикл повторения супервспышек имеет существенную длительность (порядка нескольких лет и даже десятков лет).
E-mail: dkononov@inasan.ru
Нормальные вспышки в этих системах либо совсем отсутствуют, либо редки [2]. На орбитальных кривых блеска в спокойном состоянии главной отличительной особенностью систем типа WZ Sge является наличие, как правило, двух "горбов" на протяжении одного орбитального периода (см., например, [1, 3]). Однозначного мнения о том, каким образом возникают эти горбы, до сих пор нет. В работе [4], например, предполагается, что двугорбая структура кривой блеска может быть обусловлена излучением от двурукавной приливной спиральной ударной волны, возникающей в результате действия на диск приливного резонанса 2:1. Возникновение двугорбой структуры кривой блеска в рамках такой модели связано с условиями видимости рукавов. Еще одна модель, предложенная для объяснения возникновения двух горбов, предполагает наличие рикошета струи вещества из внутренней точки Лагранжа и возникновения второго яркого пятна в диске в дополнение к "горячей линии" — месту взаимодействия диска и струи (см., например, [5, 6]).
Однако в кривых блеска представителей этого класса систем наблюдается ряд особенностей,
которые весьма сложно объяснить в рамках упомянутых выше моделей. Одной из таких особенностей, которая описана в ряде наблюдательных работ, посвященных нескольким представителям подкласса WZ Sge, является переменное количество горбов в орбитальных кривых блеска. Так авторы работы [7], посвященной длительным фотометрическим наблюдениям системы WZ Sge, отмечают, что в разные эпохи наблюдений на кривых блеска системы в спокойном состоянии наблюдается разное количество горбов. А именно, в одну из эпох (наблюдения, проведенные в 2002 г.) авторы работы наблюдали два горба на одном орбитальном периоде с максимумами на орбитальных фазах ф ~ 0.3 и ф ~ 0.8, в то время как в наблюдениях, полученных на год позже (2003 г.), на кривых блеска выделяются уже три горба с максимумами на фазах ф ~ 0.1, ф ~ 0.35 и ф ~ 0.8. Аналогичное поведение кривых блеска в спокойном состоянии, полученных в разные эпохи наблюдений, отмечается в работе [8], которая посвящена системе SDSS J080434.20+510349.2, принадлежащей к подклассу WZ Sge. В данной работе авторы в двух сериях наблюдений отмечают появление уже четырех горбов в кривых блеска системы SDSS J0804, полученных в спокойном состоянии через 2 года после окончания супервспышки. В наблюдательных работах, посвященных системе V455 And [1, 3], отмечается, что иногда на одном орбитальном периоде наблюдается только один горб. В наших наблюдениях некоторые кривые блеска системы V455 And также демонстрируют только один горб на протяжении одного орбитального периода.
Еще одной особенностью кривых блеска систем типа WZ Sge является изменение положения максимумов горбов в зависимости от эпохи наблюдений. Так, в работе [1], которая на сегодняшний день является наиболее подробным описанием системы V455 And, показано, что максимумы горбов находятся на орбитальных фазах ф ~ 0.25 и ф ~ 0.75. В то же время в работе [3], посвященной этой же системе, горбы наблюдаются на фазах 0.2 и 0.85. Анализ положения горбов в зависимости от эпохи наблюдений на кривой блеска системы в наших данных по V455 And также показывает, что горбы действительно сдвигаются по фазе.
Вышеперечисленные наблюдательные факты противоречат гипотезам о том, что появление горбов вызвано либо условиями видимости рукавов приливной ударной волны, либо рикошетом струи вещества из внутренней точки Лагранжа от края диска и образованием дополнительной яркой области во внутренних частях диска. Во-первых, ни одна из предложенных ранее моделей не может объяснить изменение числа горбов на наблюдаемых кривых блеска. Во-вторых, рукава приливной ударной волны и пятна от рикошета
струи занимают всегда одно и то же положение в системе координат, вращающейся вместе с двойной звездой (см., например, [9—12]). Как следствие, и горбы должны сохранять свое положение на орбитальной кривой блеска.
Результаты спектральных наблюдений и до-плеровской томографии подобных систем надежно показывают наличие аккреционных дисков в этих объектах [1, 4]. Таким образом, становится ясно, что основные наблюдательные проявления этих систем зависят от газодинамических процессов, вызванных переносом вещества с донора на аккре-тор, и самым информативным методом исследования является комбинация наблюдений и численного газодинамического моделирования, которая в предыдущих работах авторов [12—15] позволила отождествить структуру течения в тесной двойной системе SS Cyg и объяснить ряд физических процессов, протекающих в этой системе в спокойном и активном состояниях.
В данной работе сделана попытка объяснить природу двугорбых кривых блеска систем типа WZ Sge путем совместного анализа результатов численного моделирования и наблюдательных данных. В качестве объекта анализа была выбрана система V455 And, поскольку для нее с хорошей точностью определены орбитальные параметры [1], а также она является одним из самых ярких представителей подтипа WZ Sge — ее яркость в спокойном состоянии достигает ~16т. Статья организована следующим образом. В разделе "Наблюдения" обсуждаются результаты фотометрических наблюдений системы V455 And, проведенных в 2012 г. на обсерватории на Пике Терскол (Терскольский филиал Института астрономии РАН). Раздел "Численное моделирование" посвящен описанию результатов трехмерного расчета структуры течения в системе V455 And. В разделе "Модель формирования горбов на кривой блеска" приведена физическая модель поведения диска, которая обусловливает специфическую форму кривой блеска и позволяет объяснить ряд других наблюдательных проявлений. В Заключении приведены основные выводы работы.
2. НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Фотометрические наблюдения системы V455 And были проведены на обсерватории на Пике Терскол (Терскольский филиал Института астрономии РАН, Кабардино-Балкарская Республика, Россия) в октябре 2012 г. Для наблюдений использовались 2-м телескоп Zeiss-2000 и 60-см телескоп Zeiss-600, оснащенные ПЗС-детекторами. Наблюдения проводились в фотометрических фильтрах B и R системы Моргана-Джонсона. Длительность одной экспозиции была
равна 1 мин. Обработка наблюдений проводилась в программе MaximDL и включала такие стандартные процедуры, как учет темнового тока и плоского поля. Дифференциальная фотометрия была выполнена относительно двух звезд, которые использовались в качестве стандартов в работе [1]. Привязка кривых блеска к орбитальной фазе двойной звезды была выполнена с использованием эфемериды [1]
To = 2451812.67765(35) +0.05630921(1)^
и орбитального периода, определенного в этой же работе и равного 81.08 мин.
Полученные кривые блеска показаны на рис. 1. На левом верхнем графике представлена кривая блеска, полученная 22.10.2012 в фотометрическом фильтре B. На правом верхнем графике представлены кривые блеска в фильтрах B (треугольники) и R (кружки), полученные 26.10.2012. На левом нижнем графике представлена кривая блеска в фильтре B, полученная 28.10.2012. И наконец, на правом нижнем графике представлены кривые блеска в фильтрах B, полученные 26.10.2012 (квадратики) и 28.10.2012 (треугольники).
Из представленных на рис. 1 данных хорошо видно, насколько могут быть различны кривые блеска, полученные в разные даты, — даже при том, что эти даты бли
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.