Задача 6
Перед Вами диаграмма Герцшпрунга — Рассела, на которую нанесены звезды в соответствии с их светимостью (или абсолютной звездной величиной в полосе V) и показателем цвета В–V (или эффективной температурой, если определять ее по этому показателю цвета). Предположим, у далекой звезды, похожей на Солнце и находящейся на оси главной последовательности, есть более слабый близкий спутник, также расположенный на оси главной последовательности. Система не разрешается в телескоп, и данные ее фотометрии относятся ко всей системе в целом. Нарисуйте фрагмент диаграммы вблизи положения Солнца и отметьте, куда на ней может попасть такая звезда. Определите максимально возможное смещение этой звезды от положения главной звезды по абсолютной звездной величине и температуре. Химический состав обеих звезд системы считать одинаковым, межзвездным поглощением света пренебречь.
Решение
Показать решение
По условию задачи спутник не может быть ярче главной звезды. С учетом одинакового химического состава можно сделать вывод, что его температура меньше температуры главной звезды, а цвет (B–V) больше, чем у главной звезды. Можно выделить два крайних случая. Если спутник такой же яркий, как и главная звезда, значит его температура такая же и цвет такой же. Показатель цвета двойной системы не изменится, а блеск возрастет на 2.5 lg 2 ≈ 0.75m. Напротив, очень слабый спутник практически не будет вносить вклада в суммарный блеск двойной, а значит и в ее цвет, т. е. двойная будет располагаться на диаграмме там же, где и главная звезда. В промежуточном случае блеск двойной будет немного ярче блеска главной звезды, а ее цвет больше, т. е. двойная звезда окажется на диаграмме выше и правее. Очевидно, что геометрическое место всех возможных положений двойной не отрезок прямой, а часть более сложной кривой.
Положение звезд на слабее Солнца на оси главной последовательности можно характеризовать прямой линией. Чтобы найти уравнение этой линии нужно определить на ней координаты двух точек: Солнца и какой-либо более слабой звезды (определяется по диаграмме). Коэффициент наклона получаем равным
Здесь индексы «0» и «1» относятся к Солнцу и более слабой звезде соответственно. Данная прямая показана пунктиром на диаграмме. Для наглядности она там продлена в область более слабых звезд. Там данная прямая зависимость нарушается, но эти звезды нас уже меньше интересуют как возможные спутники вследствие их слабости.
Предположим, у звезды — копии Солнца со светимостью есть звезда-спутник с яркостью (0< 1). Тогда абсолютная звездная величина в полосе V для спутника составит
Такие же разности будут иметь место для видимой звездной величины в полосе V. С учетом отсутствия межзвездного поглощения мы можем записать выражение для звездных величин в полосе B:
Здесь мы учли, что абсолютные звездные величины M приведены в полосе V. Мы видим, что соотношение яркостей двух звезд в полосе B составит
Результирующий показатель цвета двойной системы (по сравнению с солнечным) будет равен
Абсолютная звездная величина системы (по сравнению с солнечной) составит
Мы получили выражения для обеих величин, стоящих по осям диаграммы. Для того, чтобы определить положение двойной системы, нужно вычислить эти величины для разных значений b от 0 до 1 и нарисовать соответствующий график.
Максимальный сдвиг по абсолютной звездной величине равен , что соответствует очевидному случаю двух одинаковых звезд. Показатель цвета, а значит и измеренная по нему температура, не изменятся. Максимальный сдвиг по показателю цвета составляет примерно 0.055. По диаграмме видим, что это соответствует уменьшению эффективной температуры на 200 K.