Hvězdné páry nejen v šoubyznysu
Hvězdné páry
Astronomie: páry hvězd - dvojice hvězd - dvojhvězdy
Dvojhvězdy - nejsou tak výjimečné jako hvězdné páry v šoubyznysu
Velmi časté tvrzení - většina, více než 50 % hvězd ve dvojhvězdách např. J. Schombert - Univ. of Oregon - 85 % !
Historické studie - výběrový efekt!
1983 - Abt - jen v okolí Slunce -60-70% hvězd - dvojhvězdy nebo vícenásobné systémy
2006 - Lada - většina hvězdných soustav (až 2/3) vytvořených v Galaxii jsou samotné hvězdy!
typická hvězda v Galaxii - červený trpaslík (ČT)
jen u 43 ze 171 ČT jako primárních složek dvojhvězd do 10 pc od Slunce je ČT nebo hnědý trpaslík
2023 - Van der Swaelmen et al. - spektroskopické dvojhvězdy z 37 565 objektů 322 SB2, 10 (z toho 3?) SB3, a 2? SB4
Dvojhvězdnost podle spektrálního typu
A        F G Spectral Type
O - prakticky všechny hvězdy (Mason et ai. 1998) B/A - téměř všechny hvězdy (Shatsky & Tokovinin 2002;
Kobulnicky & Fryer 2007; Kouwenhoven et al. 2007b) ve dvojhvězdách a vícenásobných systémech F3-G2 - 55 % V Systémech (Abt & Levy 1976)
sluneční typ - 44 % v soustavách 2- až 4-četných (Raghavan et ai. 2010)
F7-G9--60 % CORAVEL Spektroskopická Studie (Duquennoy & Mayor 1991)
M - 30-40 % (Fischer & Marcy 1992; Leinert et al. 1997; Reid & Gizis 1997)
pozdní M-typ a hnědí trpaslíci - 10-30 % (např. Gizis et al. 2003; Close et al. 2003;
Bouy et al. 2003; Burgasser et al. 2003; Siegler et al. 2005; Ahmic et al. 2007; Maxted et al. 2008; Joergens 2008).
Rozdělení dvojhvězd
(viz 1. přednáška)
podle metody pozorování
•vizuální-Galileo, Castelli (1616); Michell (1767), Herschel (1782)
• astrometrické - Bessell (1844), Clark (1862) - Sírius
• spektroskopické - Mauryová, Pickering (1887-9); SB1 x SB2
• zákrytové - Pigott, Goodricke (1782-3), Vogel (1889)
podle konfigurace systému (Kuiper, Kopal)
• oddělené/detached
• polodotykové/semi-detached ..^I^^^So...
• kontaktní/contact (overcontact) IIBIIS
double-contact (Wilson)
I Detached binary
Roche
X     lobes __„_
v y N
X •
Lagrangian point
Common enveloi
(c) Contact binary
/   \     \ /
Roche lobes
Dvojhvězdná studnice informací
a Cen B
Dvojhvězdy podle metody pozorování:
❖ vizuální - Galileo, Castelli (1616); Michell (1767),
Herschel (1782)
❖ astrometrické - Bessell (1844), Clark (1862) - Sirius
*•   a Cen A
Separation 14*
2MÍL20SS ISO"    „1 2-
, 2050
2070
270'
period- 79.92 y
2030
❖ spektroskopické - Mauryová, Pickering (1887-9); SB1 x SB2
lip
yr
0J061 days
0534
1J019
1.152
1538
6540 6550
J_I_l_
1JS0G
2J038
2.140
2J821
2J859
HD 80715
Yf 3145
>p
3.559
3J654
3J677
6540 6550
Wavelength (Angstroms)
_i_i_i_i_
6540 6550
❖ zákrytové - Pigott, Goodricke (1782-3)
®
E
Zákrytové dvojhvězdy (méně než 0.3% všech dvojhvězd, známých miliony)
Nejsnazší na pozorování, zjišťování informací, některé mají krátké periody => výsledky i během jediné noci!
Rozdělení zákrytových dvojhvězd podle světelných křivek
0 T.
V
2 0.5
algolidy P Lyrae WUMa
Time
re-
-i,<
-1.8-
\ AA. :•
i » ■ *
*ť
ST Tri - fil:r R
* í
í
t-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-r
-0,1     -0.2     0.0      OJ      0,4      0,6      0,8 1,1 Mu
			
1 \	\ / z	3	\ / 4
TW Dra — lil-r R
t-1-1-1-1-1-1-1-1-1-
-0,4     -0,2      0,0      0,2      0.4 0,6
1,0       12      1,4
-0.8.
i -0.6-
> 0.4-
-0,2
GZ And-filtr I
\AA/
V
li
t-1-■-1-1-1-■-1-1-1-■-1-■-1-"-1-r
-0,4     -0,2     0,0      0,2      0.4      0,6      0,8      1,0      1.2 1,4 I •
fotometrie - mohu hned zjistit:
periodu oběhu, poměr velikostí
složek, poměr zářivých výkonů, sklon trajektorie
fotometrie+spektroskopie (křivka RV) - absolutní parametry, velikost, hmotnost, zářivý výkon a další => určení vzdálenosti, testy modelů hv. stavby a hv. vývoje
Málopočetné skupiny hvězd - hvězdné soustavy (multiple stars)
		
		AJflolB
		*
		•
0	-	AtgolA
		
	-	
dvojhvězdy - Sirius, Prokyon - hvězda hl. posloupnosti + bílý trpaslík Mira Ceti - pulsující proměnná 5 Cep - cefeida; 8 Aur - zákrytová dvojhvězda ...
trojhvězda - Polárka - trojhvězda, jedna složka velmi blízká k hlavní složce a Cen - hlavní dvojhvězda - žlutí trpaslíci (A+B) + červený trpaslík Proxima;
vzdálenost A-B = 11 AU, (A+B) - C -15,000 AU ß Per-AlgolA,B,C
HD 188753 - trojhvězda (3 trpaslíci)149 ly od Země
čtyřhvězda (quadruple) - 4 Cen
Mizar - Castelli a Galileo, později spektroskopie Mizaru A a B => obě dvojhvězdy HD 98800, s Lyr, V994 Her (zákrytová) ...
pětihvězda (quintuple) - 91 Aqr, 5 Ori, a Ori 1SWASP J093010.78+533859.5 (zákr.), ...
šestihvězda (sextuple)
Castor (+YY Gem), ß Tue, y Vel, ADS 9731 CrB,j k Tau, Alcor&Mizar... TIC 168789840 - 6násobně zákrytová
sedmihvězda (septuple) v Sco, AR Cas, DN UMa
s
n 6
4
Eps Lyr     Alp Gem
A B
SSTau    41+40 Dra HD 93800
GJ 225.2 GG Tau
AB
CD
Aa
■Ba-
B
Ba
B
Aa
A B
C E
E
B
Aa
Abl
Jtol...........
Ba
Ca
katalog vícenásobných soustav: Tokovinin (2018)
https://www.ctio.noirlab.ed u/~atokovin/stars/i ndex.html
neúplný - výběrové efekty výzkum pokračuje
možné hierarchie soustav
skuteční sousedé:
V 994 Her (Lee et al. 2008)
BV + BW Dra (Batten & Hardie1965; Batten & Lu 1986) KIC 4247791 (Lehmann et al.2012) CzeV343 (Caqas & Peicha 2012) V441 +V442 UMa (Lohret al.2015)
TIC 168789840 Eri (Poweiiet ai..202p sousedé jen „na oko" - příklady z pozorování: DG + MZ Lac CO + GX Lac GU + EF Ori
QS + QT Cyg, QU + QX Cyg
V994 Her
pn-1-.-.-.->-1-1-1-1-1-1-r
1.0 r
orbital phase (periastron phase = 0)
orbital phase
(Chung-Uk Lee et al.,2008)
S1
E <
CzeV343
GSC 02405-01886
5h 48m 24.008s +30°57'03.64" (J2000) V ~ 13.5 mag
	30.01.2012 G
0	31.01.2012 C
*	01.02.2012 G
■	02.02.2012 G
Ii	10.02.2012 G
□	12.02.2012 G
0	26.02.2012 G
A	03.03.2012 G
V	05.03.2012 G
>	06.03.2012 G
<	21.03.2012 G
	25.03.2012 G
+	09.04.2012 1
0	09.04.2012 V
	17.04.2012 I
	17.04.2012 V
0.02 ř
O
-0.02 E
o.o
0.2
0.4 0.6 Phase
0.4 0.6 Phase
1.2
(Caqas & Peicha 2012)
GSC 03807-00759=
=1SWASP J093010.78+533
V441&V442 UMa
GSC 03807-00759
HB: 2458888.5, Period: 8.2277153
Filter
I
R
V
Pozorování 60cm dalekohledem na Kraví hoře
GSC 03807-00759
HB; 245BBBa.5, Period; 1.305545
(Lohret al. 2015)
0.S0 1.00
P H R S E
BV + BW Dra
čtverný systém!
BV Dra = ADS 9537 A EW/KW
P = 0.3500671 d
ADS 9537 B = BW Dra (16.3") EW/KW
P = 0.2921671 d
BW
BV
BV DRň
"(CCD+v) (CCD+b)
Phased with elements 2444474.327 + 0.350067 * E
Time legend:
24. 23. 22. 21. 17. 15. 6.
BW DRň
Time legend:
2. 7. 1. 7.
30. 6
23. 20. 19. 13. 15. 27.
2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013
2013 2013 2013 '. 2013 2013 2013 2013 2013 2. 7. 2013 1. 7. 2013 30. 6. 2013
2013 2013 2013 2013 2013 2013 2013
0.1   0.2   0.3   0.4   0.5   0.6   0.7   0.8   0.9   1.0   1.1   1.2   1.3   1.4   1.5   1.6   1.7   1.8   1.9 2.0
PHASE
0.1   0.2   0.3   0.4   0.5   0.6   0.7   0.8   0.9   1.0   1.1   1.2   1.3   1.4   1.5   1.6   1.7   1.8   1.9 2.0
(měření dr. Liška)
Rozmanitost světa dvojhvězd
doba oběhu:
321 s - HM Cnc (21 mag I) - 2 BT; 9,5 min (V407 Vul), 18 min (AM CVn), 46 min (GP Com), 4.7 h (UX UMa)
-> 27.2 roku (e Aur), 69.1 roku (AS LMi) a možná i WY Gem (64.5 roku)
poloosa trajektorie: a < řádově 0.01 R0 ~ 10 au a více
excentricita: 0.975 ! (2 dvojhv., které jsou součástí čtyřhvězd - GJ 586, 41 Dra)
složky dvojhvězdy: jakýkoli typ hvězd, mrtvé nebo „živé", mladé nebo staré, PMS, neutronové hvězdy, černé díry, planety a hnědí trpaslíci
zvláštnosti: akreční disky, plynné proudy, společné obálky
Základní parametry hvězd
obecný cíl - popis studovaných soustav = určení parametrů (hmotností a poloměrů složek, sklonu trajektorie...)
co k tomu potřebujeme?
• fotometrie - světelné křivky aspoň ve dvou barvách,
• spektroskopie - křivka radiálních rychlostí - SB2,
• interferometre,
• astrometrie,
• dlouhé série okamžiků minim.
Řešení světelných křivek
- zhruba 25 programů (PHOEBE, Nightfall, WD. FOTEL, Roche... BM3)
^ User Input: IMAurB.BM3 -        □ X
File Geometry Mode Spots Tools Windows Help
Latitude: 20
Longitude: |40
Grid      ^      Omegas Temperature
Limb Darkening [ Reflection [ Observer [ Spots Eccentric [ Rotation [ Disk [ RV |
Light Curve Plot: IMAurB.nrm File Edit
□ X
Binary File Edit
f J, •     DH :
0,2450
Jj? Radial Velocity Plot: Imaur.rv File Edit
□ X
0,80 0,90 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 Phase
0,80 0,90 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 Phase
Ukázka výsledků
73 7.4
7.e
7.fl fl.O
i—i—i—i—|   ■   i   i   i   f i—i—i—■—|—i—i—i—■—[—i—i—i   p   |   i   i   ■ i
i V505 Per
t b,
íb-V)
I ■ ' ' ' I
-H-
- fl.6
6.6 7.0
7 4
05
I I I I < ( I I I I I I I < « t > I I > I I I I t
100 " 50 0
-50 -100
. l
jednoduchá varianta
- oddělený systém
- kruhová trajektorie
10 -
a -
6 -
0.00       0.35       0.50       0 75 Crbital phosc
1.00
4
3
r i r | i i—i—i—i—i—i—r~
V506 Per
Z-0.0L63. Y-0.37S [M/K]«=-0.03 [M/H]!f-ta = -0.13
_l_t_L_I_J_I_L
k   l   I   l_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_i
7000
6000 T* (K)
5000
Excentricita = komplikace ale řešitelná
1*Ů*
U cyg
0-C gateway
Změny v 0-C diagramech
easy minima jasnosti:
0 observed
C calculated obdobne u exoplanet - stred transitu - TTV (transit timing variation)
M = 48587.024 + 2.996332 * E B.R.N.0. data
it •
r
0 « «
*  i *
- - -++--
-.2
o
o
o
t    if   o o 6
Mři
-13000      -11100      -9200        -7300        -5400        -3500        -1600        300 2200 EPOCH   (years 1884 - 2013, 823 records)
XZ ňnd
M = 23977.1915 + 1.3572855 * E B.R.N.0. data
0.00 —
0-C gateway
0-C gateway
M = 45006.631 + 0.687376 * E B.R.N.0. data
o *
o
-12700      -8700        -4700        -700 3300 7300 11300        15300        19300 23300
EPOCH   (years 1890 - 2013, 1093 records)
-46600      -39700      -32800      -25900      -19000      -12100      -5200        1700 8600 15500 22400
EPOCH   (years 1906 - 2013, 486 records)
Velmi hmotné hvězdy - důležité napr. pro emisi ionizujícího záření, chemický vývoj galaxie, energetické fenomény => potřebujeme dobrý popis jejich vývoje po opuštění hlavní posloupnosti nulového stáří (ZAMS)
Problém: zatím rozporuplné výsledky vnitřní stavby z modelování a astroseismologie
Hvězdy s malou hmotností
Problém: teoretické modely neodpovídají pozorováním Určené parametry z modelů:
- podhodnocené poloměry hvězd o cca 10%,
- nadhodnocené teploty o cca 5%
=^> graf závislosti hmotnost-svítivost vypadá ok!
málo studovaných málo hmotných dvojhvězd např. YY Gem, CM Dra, CU Cnc, GU Boo ... Pravděpodobné vysvětlení: hvězdná aktivita
o.o
0.7
0.6
ä 0.5 3Ä
0.4
0.3
0.2
,,,,,,,,,,,	1 1.............. V81STauB ^
	RXJ02J9 1-1018 A   X /■
-	RXKG39.1-1018B   ^       / '_
	GU Bod A TI / YYGemAB *T / GUBooB I /
CUCncA ,	
CU Ole B | y/	
■/CM Dra A	-
^  CM Dra B .........l   i   i i	i i
0.2
0.3
0.4
0.5 M(Mo)
0.6
C.7
0.0
Dvojhvězdy - indikátory vzdáleností
řada indikátorů - každý z nich je použit pro kalibraci následujícího
příčky kosmického žebříku
- Sluneční soustava,
- okolní hvězdy a hvězdokupy,
- místní skupina galaxií,
- vzdálené galaxie.
2 způsoby:
> vizuální dvojhvězdy - orbitální paralaxa - z kombinace astrometrie
a řešení křivky RVs,
> EBs - „standardní svíčky" - z řešení světelných křivek a křivek RVs ->
svítivosti/zářivé výkony složek -> vzdálenost (zářivý tok klesá se
čtvercem vzdálenosti) 1940 - teoreticky Gaposchkinová ... 1996 Paczynski od r. 1998 - určení vzdálenosti LMC, SMC, M31, M33 aj., u MCs i tvaru 2004 - Plejády - HD 23642; Munari a kol. (132 ± 2 pc), Southworth a kol.
(139±4pc)
Hvězdokupy
hvězdná uskupení desítek až milionů hvězd společný původ gravitačně vázané ale
méně početná uskupení (otevřené hvězdokupy, pohybové hvězdokupy, asociace) - dlouhodobě nestabilní, rozpadají se
Typy (v naší Galaxii): o kulové o otevřené o hybridní?
jinak obecně hvězdokupy
(star clusters)
Kulové hvězdokupy
přibližně kulového tvaru
150-200 v Galaxii
počet hvězd - řádově 104 -106
průměr - 10 - 400 ly => malé vzdálenosti mezi členy
stáří a vznik dosud zcela neobjasněny
kulové hvězdokupy v naší Galaxii; pozadí COBE
distribuce KH v Galaxii: symetricky kolem středu v kouli o r= 70000 ly, více směrem ke středu
Kulové hvězdokupy
stáří-10 až 13 mld let ale
zastoupení dvojhvězd => věk jen 9 mld?
dva typy - KH v kulové složce, menší metalicita, neúčastní se rotačního pohybu Galaxie x KH v disku, mladší
členové: hvězdy s vyšším Z => staré červené a žluté hvězdy
o hmotnostech < 2 M0 => populace II
výjimky - modří obři (blue stargglers, modří opozdilci) - různé teorie vzniku: splynutí hvězd,
hvězdy zachycené hvězdokupou ...
	re*[K]		
6	ODO	5O0O	
modří opozdilci v NGC 6397
Plot derived from H-R* Diagram of Three Stellar Populations in NGC 2808
Bluer Redder Color
Globular Cluster NGC 2808
Hubble Space Telescope • ACS/WFC
NASA, ESA, A. Sarajedini (University of Florida) and G. Piotto (University of Padua [Padova]) STScl-PRC07-18
n-1-1-1-1-s-r
■0-5 0.0 0-5 1.0 1.5 £.0 2-5
G9P - GRP
HRD 14 kulových hvězdokup (rozlišení metalicity) - měření z GAIA
KH v Galaxii, M31 vznik krátce po vzniku vesmíru x v LMC, SMC mnohem mladší
Otevřené hvězdokupy
tvar nepravidelný
počet hvězd - řádově desítky až stovky,
výjimečně více průměr - 5 - 50 ly (většinou do 20 ly) slabě gravitačně vázané => rozpadají se členové:
mladé modré (zářivé) hvězdy - žijí krátce, ale OH se dříve rozpadne hvězdy populace I
počet OH v Galaxii: cca 2100, ale jen několik set prozkoumaných! - WEBDA umístění v Galaxii: galaktický disk
třídy:     1. všechny hvězdy na HP (Plejády)
2. většina hvězd na HP, ale malá část už na větvi obrů (Jesličky)
3. starší žlutí a červení obři (M67)
K čemu jsou dobré hvězdokupy
• Rozdělení vzniku hvězd v čase v Galaxii a určení počáteční a dnešní funkce hmoty (statistika hvězd dle hmotností).
• Význam metalicity při zrodu a vývoji hvězd, výzkum gradientu metalicity v Galaxii.
• Korelace mezi věkem hvězd a jejich polohou v Galaxii.
• Přesnější určení závislosti perioda - zářivý výkon pro pulzující proměnné hvězdy, které jsou standardními svíčkami na kosmologických škálách.
• Statistická analýza astrofyzikálních procesů pro různé skupiny hvězd jako chemicky pekuliární hvězdy, hvězdy spektrálního typu B s emisními čarami a další.
• Detailní analýza kritérií členství hvězd v jednotlivých otevřených hvězdokupách.
• Vývoj gravitačně vázaných seskupení hvězd.
• Struktura a dynamika Galaxie
Vznik a vývoj
vznik - v oblastech tvorby hvězd (GMCs), probíhá neustále, napr. v Hli oblasti mlhoviny v Orionu věk - většinou řádově miliony let, jen výjimečně
delší než 1 mld let (hybridy?) zánik - rozpadem - vlastní pohyby, působení okolí
(slapy, srážky s mračny...), vypařováním
Open Clusters
I: t i Půl iůi M67
(you ng dew b le clu ster) (4 bi I lion yea r old cl u ster)
Bright
E
3
Very Young Ctuirar
Slon slill conlroetmg
Hot   •*-      Temperoiure Cool
É
Young Ctuitar
All 5lari on moin sequence
Hoi
Tempeioiure Coo!
■ A few motive slcrri hatc 'evolved off main sequence
Turnoff point
Ol hol ifors
Hol
Temperalüre Cool
Bo!   -4-TamperoTura Cool
Hol   ■*-Tpmpofahjfe Cool
Hybridní?
NGC 6791 - jedna z nejstarších a největších známých otevřených hvězdokup ale !
počet hvězd - tisíce, jenže starých 8 miliard let! navíc s vysokým obsahem těžších prvků!
ale staré hvězdy by měly mít Z malé (v Galaxii se kovy hromadí jen pomalu)!
=^> NGC 6791 jedna z nejstudovanějších hvězdokup
možné vysvětlení:
pochází ze středu Galaxie...
„Volnější" hvězdná uskupení (v rámci Galaxie)
dvě možnosti
- hvězdokupy přestávají být gravitačně vázané a rozpadají se
- nově vznikající hvězdokupy - hvězdy mají podobné trajektorie v prostoru
=> hvězdné asociace nebo pohybové hvězdokupy
pohybové hvězdokupy:
❖ Ursa Maior (Collinder 285) - hvězdy od Velkého Vozu, Cep až po TrA! Slunce uvnitř, ale není členem (jiná trajektorie, věk, chem. složení)
S O asociace - masivní hvězdy, např. v Orionu, středem Trapéz S OB asociace - nejbližší Sco-Cen asociace
S R asociace - hvězdy střední hmotnosti se zbytky původní látky (reflexní
S T asociace - hvězdy s malou hmotností v původní mlhovině (T Tauri)
❖ Hyády
❖ Jesličky a další
hvězdné asociace:
objev - «4fil|innp ^wilwqwuiijri ^wdpwpónLiíjwli Viktor Amazaspovič Ambarcumjan
mlhoviny, např. Mon R2)
Ursa Major Moving Group
Sam& Neighborhood
Same Age Same Composition Same Direction
alkaid;
/       ■ ....... /
*   :     mizar    alioth /
* *»
* megre2
» ■ **♦ DUBHE
-..phecda
*
*****•»»      M E RAK /
Motions of local Stellar Group Streams
■h
v
Ära OB1