Změny period dvojhvězd

Mgr. Jiří Liška, Ph.D.

Doctoral thesis

Changes of orbital periods in binary systems

Abstract:

V této disertační práci se převážně věnuji změnám period dvojhvězd a vícenásobných hvězdných systémů. Změny period u osamocených hvězd sloužily k prokázání jejich dvojhvězdnosti. Jsou zde prezentovány různé způsoby klasifikace dvojhvězd a důvody změn period. Z největšího katalogu proměnných hvězd (VSX) byla vytvořena statistika známých proměnných hvězd. Analýza VSX odhalila několik stovek duplicitních výskytů z celkového počtu 325 000 hvězd. Pro výzkum byly vybrány dvě desítky proměnných hvězd (dvojhvězdy, vícenásobné systémy, dvojhvězdní kandidáti). Pro některé z nich byla získána nová fotometrická měření. Pro analýzu dat byly vytvořeny nástroje založené převážně na nelineární metodě nejmenších čtverců. U zákrytového systému AV CMi byl odhalen apsidální pohyb s periodou 196(86) yr. Z měření radiálních rychlostí (RV) byl určen poměr hmotností hlavních složek q = 0,67. Byly potvrzeny poklesy jasnosti odpovídající tranzitům očekávaného 3. tělesa. Nepodařilo se však určit jeho mateřskou hvězdu. Alternativní hypotézu blendu dvojice zákrytových systémů se nepodařilo potvrdit ani astrometrickým testem, ani skvrnkovou interferometrií. Analýza CL Aur potvrdila publikované parametry na základě změn způsobených efektem rozdílné dráhy světla (LiTE). U zákrytové dvojhvězdy V2294 Cyg bylo nalezeno třetí těleso s orbitální periodou 8 yr. Nalezené parametry vylučují publikované hodnoty určené na základě dat z dalekohledu Kepler. Gravitační vazba vizuálního párů dvou zákrytových systémů BV Dra a BW Dra byla potvrzena. Byla zjištěna souvislost celkových hmotností obou párů a jejich orbitálních period (poměr 6:5 pro BV vůči BW). U obou systémů byly zaznamenány tvarově podobné antiparalelní změny v O-C diagramu lišící se amplitudou. Pro trojhvězdu fi Dra s primární CP složkou byly určeny orbitální elementy vnitřního spektroskopického páru z RV. U vnějšího vizuálního páru s nejistou periodou (přibližně 300 yr) byla předložena fakta podporující přítomnost jejich gravitační vazby. Na základě známých vlastností byly stanoveny některé fyzikální parametry všech tří hvězd (hmotnost, spektrální typ). U pulzujících hvězd typu RR Lyrae byla studována dvojhvězdnost, která je předpokládána jen u několika z nich - vytvořený seznam RRLyrBinCan obsahuje jen 61 kandidátů (25. 9. 2015). Nová analýza LiTE u TU UMa, nejpravděpodobnějšího dvojhvězdného kandidáta, umožnila zpřesnit orbitální parametry dvojhvězdy. Byly testovány i variace RV, které přibližně odpovídají našemu modelu. Užité postupy byly aplikovány na další nově nalezené nebo z literatury převzaté kandidáty. Hlavním výsledkem je určení orbitálních parametrů navržených dvojhvězd. Nová analýza historických měření také zpochybnila zaznamenané zákryty u čtyř RR Lyrae hvězd.

Abstract:

This thesis is focused on period changes of binaries and multiple stellar systems. Period changes of individual stars served as proof of their binarity. Several ways in which binary stars can be classified and the reasons for period changes are presented. Statistical analysis was performed on known variable stars based on the largest catalogue of variable stars (VSX). The analysis of the VSX revealed several hundreds of duplicate occurrences among 325 000 stars. Two dozen variable stars were selected for this research project (binaries, multiple systems, binary candidates). New photometric measurements were obtained for the selected objects and new tools for data analysis were created based on the non-linear least-squares method. Apsidal motion with a 196(86)yr period was discovered in the eclipsing binary system AV CMi. Radial velocity (RV) measurements helped to determine the mass ratio of the main components q = 0.67. Decreases in brightness that correspond with transits of an expected third body were confirmed. However, the host star was not determined. An alternative hypothesis of a blend of double eclipsing systems was not confirmed by either astrometric testing or speckle interferometry. The analysis of CL Aur confirmed published parameters based on changes caused by the Light Time Effect (LiTE). A third body was found in the eclipsing system V2294 Cyg with an orbital period of 8 yr. The determined parameters exclude published values based on measurements from the Kepler Space Telescope. The gravitational bond of the visual pair of two eclipsing systems, BV Dra and BW Dra, was confirmed. A connection between the total masses of both systems and their orbital periods (ratio 6:5 for BV versus BW) was discovered. Similar shapes of antiparallel changes which differ in amplitude were detected for both systems in O-C diagrams. Orbital elements were determined from the RV of the inner spectroscopic pair of the triple system phi Dra (with the primary CP component). Analysis of the given data proved the existence of a gravitational bond of the outer visual binary pair with an uncertain orbital period (around 300 yr). Several physical parameters (masses, spectral types) for all three stars were established. Binarity among pulsating RR Lyrae stars was studied. It is expected in only some cases - the created list, RRLyrBinCan, contains only 61 candidates (25th September 2015). The new analysis of LiTE in TU UMa, the best candidate, allowed us to determine more accurate orbital parameters for the binary system. Variations in RV roughly correspond to our model. The same procedures were applied to both newly found candidates or others taken from the literature. The main result is the orbital parameters determination of proposed binary systems. Observed eclipses of four RR Lyrae stars were found to be questionable by the new analysis of historical data.

Keywords

hvězda, dvojhvězda, RR Lyr, fotometrie, perioda, zákryt, star, binary star, period, eclipse

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 10. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 26. 11. 2015
• Supervisor: doc. RNDr. Miloslav Zejda, Ph.D.
• Reader: prof. Dr. Krešimir Pavlovski, PhD., RNDr. Juraj Zverko, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Theoretical Physics and Astrophysics