ПРИРОДА ЭФФЕКТА БАРРА У ДВОЙНЫХ ЗВЁЗД И ЭКЗОПЛАНЕТ Семиков С.А., Нижегородский госуниверситет 7 августа 2014 г., 36-е Научно-Футурологические чтения им. А.С. Попова, посвящённые дню ВМФ и дню ВДВ

Статистика двойных звёзд и эффект Барра Барр Баттен Фокс Элементы орбиты и распределения по долготам периастра избыток орбит с 0° < < 180° дефицит орбит с 180° < < 360° Бражникова

Гипотезы о природе эффекта Барра Приливное искажение графика скоростей (Барр) Ориентация орбит звёзд в Галактике (Барр) Наблюдательная селекция (Бражникова) Искажение кривой лучевых скоростей потоками газа и атмосферами двойных звёзд (Струве) Переменность скорости света (Гутник, Фрейндлих)

Свойства эффекта Барра преобладание 0° < < 180° концентрация долгот периастров возле = 90° обнаружение по кривым лучевых скоростей V r (t) обнаружение по кривым блеска m(t) обнаружение у широких пар звёзд различие эксцентриситетов e и долгот, измеренных разными способами

Объяснение эффекта Барра в баллистической теории Де Ситтер в 1913 г. показал, что согласно БТР кривые лучевых скоростей исказятся и станут соответствовать вытянутым к Земле орбитам, чего якобы не наблюдается Комсток Д.Ф. (1910 г.) Гутник П. (1913 г.) Фрейндлих Э. (1913 г.) c' = c + kV k < 0,002 k = l/r, l= /2 (n – 1) l ~ 1 св. года

Эффект Барра и мнимый эксцентриситет t = l/(c – V r ) – l/c lV r /c 2 для круговой орбиты при искажении e' = lK/Pc 2 K – амплитуда скорости V r (t) v – истинная аномалия E – эксцентрическая аномалия V 0 – лучевая скорость центра масс для эллиптической орбиты

Эффект Барра и аномальный эксцентриситет экзопланет у экзопланет эксцентриситеты e = 0,3–0,97 нетипичны для планет солнечной системы (у Плутона e = 0,25 ); противоречат теориям формирования планетных систем Примеры (планеты с периодом P ~ 1 сут, ~ 90° ): 1) WASP-18b (e = 0,01) 2) WASP-33b (e = 0,17) K ~ 1 км/с, r ~ 300 св. лет, e= rK/Pc 2 ~1 при k ~ 0,01–0,1 lK/Pc 2 =k rK/Pc 2 ~0,01–0,1 Примеры (планеты с периодом P ~ 10 сут, ~ 90° ): 1) KOI-200 b (e=0,29) 2) KOI-889 b (e=0,57) K=0,05 км/с, r~3500 св.лет, e~0,1, =64 ° K=1,2 км/с, r~3000 св.лет, e~15, k~0,04 =63 °

Эффект Ритца t' = t + r/c c' = с – V r c'/ t = - v r / t = -a r эффект Доплераэффект Ритца длина волны частота Доплеровское смещение и мнимая скорость возможный пример эффекта Ритца – красное смещение в спектрах галактик

Эффект Ритца как объяснение эффекта Барра dt' 3 = (1 + la c /c 2 )dt dt' 1 = (1 – la c /c 2 )dt V 1 /V 3 =r 3 /r 1 =(1+e')/(1–e'); e'=la c /c 2 =2 lK/Pc 2 e'=la c /2c 2 = lK/Pc 2 по графику лучевых скоростей по наблюдению движения и кривой блеска

Мнимая кривая лучевых скоростей = arctg(2 r/Pc)

Графики мнимых лучевых скоростей и их искажения

Вторичные максимумы на кривых лучевых скоростей и учёт переизлучения dV r '/dv = 0 может быть более, чем в двух точках v 1 = 0, v 2 = v 3 = arccos(-1/3e), v 4 = 2 – arccos(-1/3e) вторичные максимумы и минимумы при e > 1/3 0,33 n = [1 + q/(f 0 2 – f 2 )] 1/2 l = /2 (n – 1) Аргумент Брэчера длительность dt импульсов GRB V > 0,1c k = (с 2 /2V)(dt/r) < 10 –20 e вторичный максимум

Критерии соответствия эффекта Барра баллистической теории 1) Кажущееся преобладание орбит с 0°< <180° над орбитами с 180°< <360° 2) Аномально высокие мнимые эксцентриситеты у звёзд с наибольшим K/P, у них асимметрия в распределении по и эффект Барра наиболее отчётливы 3) Эффект Барра максимален для звёзд с высоким r и лучевой скоростью V 0 < 0; 4) Кривые лучевых скоростей компонентов получаются не точно в противофазе, им соответствуют разные эксцентриситеты и скорости центра масс; 5) Долготы периастров компонентов двойных звёзд, в которых наблюдается эффект Барра, должны отличаться менее чем на 180°; 6) Различие эксцентриситетов орбиты, определённый астрометрическим, фотометрическим и спектроскопическим методом; 7) Для высоких мнимых эксцентриситетов – заметные отклонения от теоретической кривой лучевых скоростей, имеющие вид гармоник орбитального периода; 8) Эксцентриситет и полуамплитуда лучевой скорости, определённые по разным группам линий, могут различаться для одной и той же орбиты.

1-й критерий: избыток орбит с 0° < < 180° параметр асимметрии R = N(0°< <180°)/N(180°< < 360°) среднеквадратичное отклонение = N 1/2 /2 допустимая величина N(0°< <180°) = N/2 + 3, отсюда допустимое R < 1 + 3N –1/2 Диаграммы N( ) экзопланет для разных диапазонов K/P Асимметрия для двойных звёзд

2-й критерий: эффект Барра максимален для систем с наивысшим отношением K/P эффект Барра заметен для звёзд с K/P > 3 (км/с)/сут (Фокс) эффект Барра заметен для звёзд с P < 30 сут (Бражникова) следует из того, что мнимый эксцентриситет e' = lK/Pc 2 заметен на фоне истинного e лишь при малых e и P Де Ситтер отметил, что эксцентриситет растёт при росте периода, тогда как e' ~ 1/P уменьшался бы, однако e мал для коротких периодов от приливного трения для экзопланет критический параметр K/P = 3 (м/с)/сут

3-й критерий: эффект Барра максимален для звёзд с высоким r и лучевой скоростью V 0r < 0 мнимый эксцентриситет e' = rK/Pc 2 с учётом переизлучения e' = lK/Pc 2 при V 0 < 0 переизлучение снижается эффект Барра заметен для галактических широт |b| 45° так как толщина h ~ 5 пк – порядка l

4-й критерий: кривые лучевых скоростей компонентов не в противофазе, должны отличаться e, e и V 01, V 02 Примеры: 1) RX Кассиопеи: e 1 0 и e 2 0,18 2) DU Волопаса 3) V701 Скорпиона 4) BW Лисички 5) HD : V 01 V 02 6) AO Кассиопеи: V 01 V 02

5-й критерий: долготы периастров компонентов и должны отличаться менее чем на 180° Примеры: 1) RX Кассиопеи 2) DU Волопаса 3) V701 Скорпиона 4) BW Лисички

6-й критерий различие эксцентриситетов e и долгот периастра, определённых астрометрическим, фотометрическим и спектроскопическим методом 6-й критерий: различие эксцентриситетов e и долгот периастра, определённых астрометрическим, фотометрическим и спектроскопическим методом Круговая орбита (искажения по эффекту Ритца) мнимые эксцентриситеты: спектроскопический – по V r (t): e' = la c /2c 2 = lK/Pc 2, фотометрический – по затмениям : e' = la c /c 2 = 2 lK/Pc 2 астрометрический – по движению : e' = la c /c 2 = 2 lK/Pc 2 U Цефея Эллиптическая орбита эксцентриситеты: спектроскопический – по V r (t): e, спектроскопический – по V r(t): e'=2e, ' фотометрический – по затмениям : e, ' астрометрический – по движению : e, ' Возможен пример Кортевега e'=e+ e = 0

7-й критерий отклонения от теоретической кривой лучевых скоростей, имеющие вид гармоник орбитального периода 7-й критерий: отклонения от теоретической кривой лучевых скоростей, имеющие вид гармоник орбитального периода искажённый график лучевых скоростей (e = 0) классический график лучевых скоростей (e 0, 90 ) график мнимых лучевых скоростей (e 0, 0 )

8-й критерий эксцентриситет и амплитуда лучевой скорости различны для разных групп линий 8-й критерий: эксцентриситет и амплитуда лучевой скорости различны для разных групп линий Длина переизлучения l = / (n – 1) n = [1 + 4 e 2 m N i s i /(f 0i 2 –f 2 )] 1/2 для i -й линии l i = i /2 (n – 1) Длина переизлучения различна для разных линий. Соответственно, различна мнимая лучевая скорость V r Примеры: 1) U Стрелы (по линиям водорода и металлов) 2) AO Кассиопеи (по линиям водорода и гелия) 3) RX Кассиопеи (разные элементы K 1, K 2, e в разные эпохи)

Искажение графиков лучевых скоростей от дисперсии скорости света в космосе и обращения порядка событий P' = P(1 + ra r /c 2 ) < 0 объяснение «обратного» движения экзопланет синие лучи запаздывают относительно красных (нормальная дисперсия) согласно теории Ритца в вакууме возможна аномальная дисперсия

Аномалии экзопланет 1) аномально высокая масса 2) аномально низкая или высокая плотность 3) аномально тесные или аномально широкие орбиты 4) несоответствие кривых колебаний спектра и блеска 5) аномально вытянутые орбиты и орбитальный резонанс 1:2:3:4

Баллистическая теория – технологии создания звёздных кораблей для космического десанта и освоения экзопланет

Литература: 1. Barr J.M. // J. Roy. Astron. Soc. of Canada V. 2. P. 70– Batten A.H. // Journal of the Royal Astronomical Society V P. 95– Fox J.G. // Am. J. Phys V. 33. P. 1– Бэттен А. Двойные и кратные звёзды. М.: Мир, с. 5. Бражникова Э.Ф., Бабинчук С.В. // Астроном. журн V. 42. С. 678– Бражникова Э.Ф. // Земля и Вселенная , С. 27– Бражникова Э.Ф. // Астрономический журнал Т. 47. вып. 1. С. 149– Бражникова Э.Ф. и др. // Астрономический журнал Т. 52. вып. 3. С. 546– Куницкий Р.В. // Астрон. журнал Т. 1. С Guthnik P. // Astr. Nachr V S. 265– Freundlich E. // Phys. Z V. 14. S. 835– Толстых В.И. // Учёные записки ГПИ. Сер. физич. наук., вып С. 70– Белопольский А.А. Астрономические труды. М.: Гостехиздат, с. 14. Ritz W. // Ann. Chim. Phys V. 13. P. 145– Comstock D.F. // Phys. Rev V. 30. P Zurhellen W. // Astr. Nachr V P. 1– De Sitter W. // Phys. Z Bd. 14. S. 429, Роузвер Н.Т. Перигелий Меркурия от Леверье до Эйнштейна. М.: Мир, С Семиков С.А. // Вестник ННГУ. 4(1) С. 56– Brecher K. // Phys. Rev. Lett V. 39. P. 1051– Чикин П.С. // Актуальные проблемы современной науки С. 88– Brecher K. // Bulletin of Physics News May Moon P., Spencer D. // JOSA. V P. 635– Семиков С.А. БТР и картина мироздания. Н. Новгород: Стимул-СТ, с. 25. Семиков С.А. Через поля к экзопланетам // Техника–молодёжи, 2014,