ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2004, том 30, № 10, с. 764-777
УДК 524.38
ДИСКОВЫЙ ВЕТЕР В МОЛОДЫХ ДВОЙНЫХ СИСТЕМАХ И ПРИРОДА ЦИКЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЛОДЫХ ЗВЕЗД
© 2004 г. В. П. Гринин1,2,3*, Л. В. Тамбовцева1, Н. Я. Сотникова2
1 Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково 2Астрономический институт им. В.В. Соболева Санкт-Петербургского государственного
университета 3Крымская астрофизическая обсерватория, пос. Научный
Поступила в редакцию 19.03.2004 г.
Приводятся результаты численного моделирования циклической модуляции блеска молодых двойных систем с эксцентрическими орбитами и маломассивными вторичными компонентами. Предполагается, что компоненты системы аккрецируют вещество из остатков протозвездного облака, причем главным аккретором (в соответствии с современными моделями) является маломассивный компонент. Изменения блеска главного компонента обусловлены периодическими изменениями экстинкции на луче зрения, вызванными дисковым ветром вторичного компонента и образованной им общей оболочкой. Распределение вещества в оболочке рассчитано в баллистическом приближении. При расчете оптических эффектов, создаваемых пылевой компонентой дискового ветра, приняты отношение массы пыли и газа 1 : 100, характерное для межзвездной среды, и типичные для молодых звезд значения оптических параметров околозвездной пыли. Расчеты показали, что в двойных системах с эллиптическими орбитами теоретические кривые блеска отличаются большим разнообразием форм по сравнению со случаем круговых орбит. При этом параметры фотометрических минимумов — их глубина, продолжительность и форма кривых блеска — зависят не только от параметров дискового ветра и наклона орбиты двойной системы к лучу зрения, но также и от долготы периастра. В приближении однократного рассеяния исследована модуляция рассеянного излучения общей оболочки с фазой орбитального периода. Показано, что амплитуда модуляции максимальна при наблюдениях системы с ребра и отлична от нуля также и в двойных системах, наблюдаемых с полюса. Обсуждаются возможные приложения теории к молодым объектам. В частности, отмечено сходство ряда модельных кривых блеска с кривыми блеска некоторых кандидатов в фуоры.
Ключевые слова: звезды — молодые двойные системы, аккреция, дисковый ветер, циклы активности, звезды типа VX Ori.
DISK WIND IN YOUNG BINARIES AND THE ORIGIN OF THE CYCLIC ACTIVITY OF YOUNG STARS, by V. P. Grinin, L. V. Tambovtseva, and N. Ya. Sotnikova. We present the results of our numerical simulations of the cyclic brightness modulation in young binary systems with eccentric orbits and low-mass secondary components. We suggest that the binary components accrete matter from the remnants of the protostellar cloud, with the main accretor (according to the current models) being the low-mass component. The brightness variations of the primary component are attributable to the periodic extinction variations on the line of sight caused by the disk wind from the secondary component and by the common envelope produced by this wind. The distribution of matter in the envelope was calculated in the ballistic approximation. When calculating the optical effects produced by the dust component of the disk wind, we adopted the dust-to-gas mass ratio of 1 : 100 characteristic of the interstellar medium and the optical parameters of the circumstellar dust typical of young stars. Our calculations show that the theoretical light curves for binaries with elliptical orbits exhibit a wider variety of shapes than they do in the case of circular orbits. In this case, the parameters of the photometric minima (their depth, duration, and shape of the light curve) depend not only on the disk-wind parameters and the orbital inclination of the binary to the line of sight, but also on the longitude of the periastron. We study the modulation of the scattered radiation from the common envelope with orbital phase in the single-scattering approximation. The modulation amplitude is shown to be at a maximum when the system is seen edge-on and and to be also nonzero in binaries seen pole-on. We discuss the possible applications of the theory to young stellar objects. In particular, several model light curves were found to be similar to those of candidates for FU Orionis stars.
Key words: stars — variable and peculiar young binaries, accretion, wind from the disk, cycles of activity, type VX Ori stars.
Электронный адрес: grinin@vg1723.spb.edu
ВВЕДЕНИЕ
Фотометрические исследования последних лет показывают, что среди молодых двойных звезд встречаются затменные системы с весьма продолжительными затмениями. Например, в двойной системе GW Ori (Р = 242d; Матье и др., 1991), в которой главным компонентом является звезда типа Т Тельца, продолжительность затмений составляет около 1/10 периода (Шевченко и др., 1998). У звезды типа WTTS (weak T Tauri star) KH 15D (Р = 48d36; Кирнс, Хербст; 1998; Гамильтон и др., 2001; Хербст и др., 2002) продолжительность затмений, выраженная в долях периода, еще больше и составляет около 1/3. В двойной системе HD 200775 с периодом около трех лет (Погодин и др., 2004), в которой главным компонентом является звезда Ae/Be Хербига, продолжительность затмений сравнима с орбитальным периодом (Исмаи-лов, 2003). Совсем недавно в скоплении IC 348 обнаружена еще одна звезда типа WTTS—Н 187, продолжительность затмения которой равна 3.6 года (Коэн и др., 2003). К настоящему времени полностью наблюдалось только одно затмение. Поэтому период этой системы оценивается лишь весьма приблизительно и согласно Коэну и др. (2003) составляет около 4 лет. Интерпретация таких затмений на основе классических моделей затменных двойных систем, в которых затмевающим телом является либо сам вторичный компонент, либо газопылевая оболочка, заполняющая его полость Роша, приводит к серьезным противоречиям с физикой молодых звезд либо невозможна в принципе (как, например, в случае KH 15D и H 187), поскольку при таких продолжительных затмениях газопылевая оболочка вокруг вторичного компонента должна иметь размеры, сравнимые с радиусом орбиты. Такие оболочки неустойчивы и быстро разрушаются под действием приливных возмущений.
Недавно было показано (Гринин, Тамбовцева, 2002), что в молодых двойных системах, которые еще продолжают аккрецировать вещество из остатков протозвездного облака, может иметь место несколько необычный механизм затмений, в котором роль затмевающего "тела" выполняет дисковый ветер вторичного компонента, а точнее, его пылевая компонента. В силу того, что дисковый ветер является протяженной структурой, вызываемые им затмения главного компонента могут быть весьма продолжительными. В отличие от классических моделей затменных систем, в которых затмения происходят лишь тогда, когда луч зрения лежит в плоскости орбиты или отклоняется от нее на небольшой угол, затмения дисковым ветром возможны даже при больших углах наклона двойной системы к лучу зрения. При этом, чем
больше угол наклона, тем продолжительнее могут быть затмения. Это позволяет предположить, что доля затменных систем среди молодых пар должна быть, во-первых, выше по сравнению с двойными звездами главной последовательности. Во-вторых, среди молодых пар должна быть более высокой доля затменных систем с продолжительными затмениями.
В связи с этим представляет интерес дальнейшее изучение оптических эффектов, создаваемых дисковым ветром в молодых двойных системах. В данной статье, являющейся продолжением работы Гринина, Тамбовцевой (2002), представлены результаты численного моделирования циклических явлений, создаваемых пылевой компонентой дискового ветра маломассивного вторичного компонента при его движении по орбите. Исследована зависимость теоретических кривых блеска от параметров дискового ветра и параметров двойной системы, в том числе от ее ориентации в пространстве. В отличие от предыдущей работы, в которой решение аналогичной задачи было получено для систем с круговыми орбитами, ниже рассматривается общий случай двойных систем с эллиптическими орбитами.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Как и в предыдущей работе (Гринин, Тамбовцева, 2002), примем за основу модель молодой двойной системы Артимовича и Любова (1996) и ограничимся случаем, когда масса вторичного компонента много меньше массы главного компонен-та1. В центре такой системы под действием периодических гравитационных возмущений образуется полость, почти свободная от вещества (рис. 1). Ее характерный размер зависит от эксцентриситета е и отношения масс компонентов q = т2/т\ и равен ^(2—3)а, где а — большая полуось орбиты вторичного компонента (Артимович, Любов, 1994).
Компоненты двойной системы аккрецируют вещество из остатков протозвездного облака, образующего так называемый СВ-диск (от английского агеишЫпагу). При этом, как показали Артимович и Любов (1994) (см. также Бэйт, Боннелл, 1997; Рожичка, Лафлин, 1997), темп аккреции на маломассивный компонент может существенно превышать темп аккреции на главный компонент
'Согласно статистике двойных звезд главной последовательности (Дюкенной, Мэйор, 1991; Мазех и др., 2000) такие соотношения масс компонентов характерны для систем с периодами Р > 3 лет, но встречаются также и в системах с более короткими периодами. К последним относятся, в частности, звезды с субзвездными компаньонами, количество которых быстро увеличивается благодаря продолжающимся программам поиска таких систем (Мэйор, Урди, 2000).
1 -
N 0-1 -
_I_I_I_I_L
-4 -2 0 2 4
Рис. 1. Распределение вещества в СВ-диске молодой двойной системы, рассчитанное методом БРИ для одной из фаз орбитального периода; сверху вниз: вид "с ребра" в проекции на плоскость XZ, поперечное сечение СВ-диска в этой же плоскости и вид сверху. Координаты Х,У^ выражены в единицах большой полуоси орбиты вторичного компонента. Параметры модели: эксцентриситет е = 0.5, отношение масс компонентов д = 0.22.
системы. Поскольку процесс дисковой аккреции сопровождается истечением вещества из аккреционного диска (дисковым ветром), то в этих условиях маломассивный компонент становится мощным источником вещества
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.