Для двойной спектроскопической системы с орбитальным периодом 4.8 дня и амплитудами радиальных скоростей 90 и 110 км/с определите массы компонентов и оцените возможный угол наклона орбиты, указав необходимые допущения и неопределённости
Коротко, с допущениями и расчётами. Допущения: орбита круговая (или малое eee), измеренные полуамплитуды K1=90 km/sK_1=90\ \mathrm{km/s}K1=90km/s, K2=110 km/sK_2=110\ \mathrm{km/s}K2=110km/s и период P=4.8 dP=4.8\ \mathrm{d}P=4.8d точны, нет третьего света и массовый центр хорошо определён. 1) Массовое отношение: q=M2M1=K1K2=90110≈0.81818.
q=\frac{M_2}{M_1}=\frac{K_1}{K_2}=\frac{90}{110}\approx0.81818. q=M1M2=K2K1=11090≈0.81818. 2) Суммарная масса в виде (M1+M2)sin3i(M_1+M_2)\sin^3 i(M1+M2)sin3i (в солнечных массах) используется стандартная формула (M1+M2)sin3i=1.036149×10−7 (K1+K2)3 P,
(M_1+M_2)\sin^3 i = 1.036149\times10^{-7}\,(K_1+K_2)^3\,P, (M1+M2)sin3i=1.036149×10−7(K1+K2)3P,
где KKK в km/s\mathrm{km/s}km/s, PPP в днях. Подставляя: (K1+K2)=200 km/s,P=4.8 d,
(K_1+K_2)=200\ \mathrm{km/s},\quad P=4.8\ \mathrm{d}, (K1+K2)=200km/s,P=4.8d,
получаем (M1+M2)sin3i≈1.036149×10−7×2003×4.8≈3.98 M⊙.
(M_1+M_2)\sin^3 i \approx 1.036149\times10^{-7}\times 200^3\times 4.8 \approx 3.98\ M_\odot. (M1+M2)sin3i≈1.036149×10−7×2003×4.8≈3.98M⊙. 3) Минимальные массы (при i=90∘i=90^\circi=90∘, sin3i=1\sin^3 i=1sin3i=1): M1sin3i=M1+M21+qsin3i≈3.981+0.81818≈2.19 M⊙,
M_1\sin^3 i = \frac{M_1+M_2}{1+q}\sin^3 i \approx \frac{3.98}{1+0.81818}\approx 2.19\ M_\odot, M1sin3i=1+qM1+M2sin3i≈1+0.818183.98≈2.19M⊙,M2sin3i=q M1sin3i≈0.81818×2.19≈1.79 M⊙.
M_2\sin^3 i = q\,M_1\sin^3 i \approx 0.81818\times2.19\approx 1.79\ M_\odot. M2sin3i=qM1sin3i≈0.81818×2.19≈1.79M⊙. 4) Оценка наклона iii: без дополнительной информации iii не определён. Можно выразить iii через предполагаемую истинную массу M1trueM_1^{\rm true}M1true: sin3i=M1sin3iM1true=2.19M1true,i=arcsin ((2.19M1true)1/3).
\sin^3 i = \frac{M_1\sin^3 i}{M_1^{\rm true}}=\frac{2.19}{M_1^{\rm true}},\qquad i=\arcsin\!\Big(\Big(\frac{2.19}{M_1^{\rm true}}\Big)^{1/3}\Big). sin3i=M1trueM1sin3i=M1true2.19,i=arcsin((M1true2.19)1/3).
Примеры: - если M1true=2.19 M⊙⇒i≈90∘M_1^{\rm true}=2.19\ M_\odot\Rightarrow i\approx90^\circM1true=2.19M⊙⇒i≈90∘ (минимальная возможная масса); - если M1true=2.5 M⊙⇒i≈73∘M_1^{\rm true}=2.5\ M_\odot\Rightarrow i\approx73^\circM1true=2.5M⊙⇒i≈73∘; - если M1true=3.0 M⊙⇒i≈64∘M_1^{\rm true}=3.0\ M_\odot\Rightarrow i\approx64^\circM1true=3.0M⊙⇒i≈64∘; - если M1true=4.0 M⊙⇒i≈55∘M_1^{\rm true}=4.0\ M_\odot\Rightarrow i\approx55^\circM1true=4.0M⊙⇒i≈55∘. 5) Неопределённости и замечания: - Результаты масштабируются как ∝(K1+K2)3P\propto(K_1+K_2)^3P∝(K1+K2)3P; относительная погрешность массы примерно ΔM/M≈3ΔK/(K1+K2)+ΔP/P\Delta M/M\approx 3\Delta K/(K_1+K_2)+\Delta P/PΔM/M≈3ΔK/(K1+K2)+ΔP/P. - Для орбит с эксцентриситетом eee нужно умножить правую часть на (1−e2)3/2(1-e^2)^{3/2}(1−e2)3/2. - Главная неучтённая неопределённость — неизвестный угол iii. Приведённые числа — минимальные массы при i=90∘i=90^\circi=90∘; при меньшем iii истинные массы возрастают как 1/sin3i1/\sin^3 i1/sin3i. - Для окончательной оценки iii требуется либо фотометрия (эвентуальные затмения), либо угловые преобразования/интерферометрия, либо спектральное определение спектральных типов и соответствующих теоретических масс. Если хотите, могу при заданном предположении о спектральных типах дать напрямую числовую оценку iii.
Допущения: орбита круговая (или малое eee), измеренные полуамплитуды K1=90 km/sK_1=90\ \mathrm{km/s}K1 =90 km/s, K2=110 km/sK_2=110\ \mathrm{km/s}K2 =110 km/s и период P=4.8 dP=4.8\ \mathrm{d}P=4.8 d точны, нет третьего света и массовый центр хорошо определён.
1) Массовое отношение:
q=M2M1=K1K2=90110≈0.81818. q=\frac{M_2}{M_1}=\frac{K_1}{K_2}=\frac{90}{110}\approx0.81818.
q=M1 M2 =K2 K1 =11090 ≈0.81818.
2) Суммарная масса в виде (M1+M2)sin3i(M_1+M_2)\sin^3 i(M1 +M2 )sin3i (в солнечных массах) используется стандартная формула
(M1+M2)sin3i=1.036149×10−7 (K1+K2)3 P, (M_1+M_2)\sin^3 i = 1.036149\times10^{-7}\,(K_1+K_2)^3\,P,
(M1 +M2 )sin3i=1.036149×10−7(K1 +K2 )3P, где KKK в km/s\mathrm{km/s}km/s, PPP в днях. Подставляя:
(K1+K2)=200 km/s,P=4.8 d, (K_1+K_2)=200\ \mathrm{km/s},\quad P=4.8\ \mathrm{d},
(K1 +K2 )=200 km/s,P=4.8 d, получаем
(M1+M2)sin3i≈1.036149×10−7×2003×4.8≈3.98 M⊙. (M_1+M_2)\sin^3 i \approx 1.036149\times10^{-7}\times 200^3\times 4.8 \approx 3.98\ M_\odot.
(M1 +M2 )sin3i≈1.036149×10−7×2003×4.8≈3.98 M⊙ .
3) Минимальные массы (при i=90∘i=90^\circi=90∘, sin3i=1\sin^3 i=1sin3i=1):
M1sin3i=M1+M21+qsin3i≈3.981+0.81818≈2.19 M⊙, M_1\sin^3 i = \frac{M_1+M_2}{1+q}\sin^3 i \approx \frac{3.98}{1+0.81818}\approx 2.19\ M_\odot,
M1 sin3i=1+qM1 +M2 sin3i≈1+0.818183.98 ≈2.19 M⊙ , M2sin3i=q M1sin3i≈0.81818×2.19≈1.79 M⊙. M_2\sin^3 i = q\,M_1\sin^3 i \approx 0.81818\times2.19\approx 1.79\ M_\odot.
M2 sin3i=qM1 sin3i≈0.81818×2.19≈1.79 M⊙ .
4) Оценка наклона iii: без дополнительной информации iii не определён. Можно выразить iii через предполагаемую истинную массу M1trueM_1^{\rm true}M1true :
sin3i=M1sin3iM1true=2.19M1true,i=arcsin ((2.19M1true)1/3). \sin^3 i = \frac{M_1\sin^3 i}{M_1^{\rm true}}=\frac{2.19}{M_1^{\rm true}},\qquad
i=\arcsin\!\Big(\Big(\frac{2.19}{M_1^{\rm true}}\Big)^{1/3}\Big).
sin3i=M1true M1 sin3i =M1true 2.19 ,i=arcsin((M1true 2.19 )1/3). Примеры:
- если M1true=2.19 M⊙⇒i≈90∘M_1^{\rm true}=2.19\ M_\odot\Rightarrow i\approx90^\circM1true =2.19 M⊙ ⇒i≈90∘ (минимальная возможная масса);
- если M1true=2.5 M⊙⇒i≈73∘M_1^{\rm true}=2.5\ M_\odot\Rightarrow i\approx73^\circM1true =2.5 M⊙ ⇒i≈73∘;
- если M1true=3.0 M⊙⇒i≈64∘M_1^{\rm true}=3.0\ M_\odot\Rightarrow i\approx64^\circM1true =3.0 M⊙ ⇒i≈64∘;
- если M1true=4.0 M⊙⇒i≈55∘M_1^{\rm true}=4.0\ M_\odot\Rightarrow i\approx55^\circM1true =4.0 M⊙ ⇒i≈55∘.
5) Неопределённости и замечания:
- Результаты масштабируются как ∝(K1+K2)3P\propto(K_1+K_2)^3P∝(K1 +K2 )3P; относительная погрешность массы примерно ΔM/M≈3ΔK/(K1+K2)+ΔP/P\Delta M/M\approx 3\Delta K/(K_1+K_2)+\Delta P/PΔM/M≈3ΔK/(K1 +K2 )+ΔP/P.
- Для орбит с эксцентриситетом eee нужно умножить правую часть на (1−e2)3/2(1-e^2)^{3/2}(1−e2)3/2.
- Главная неучтённая неопределённость — неизвестный угол iii. Приведённые числа — минимальные массы при i=90∘i=90^\circi=90∘; при меньшем iii истинные массы возрастают как 1/sin3i1/\sin^3 i1/sin3i.
- Для окончательной оценки iii требуется либо фотометрия (эвентуальные затмения), либо угловые преобразования/интерферометрия, либо спектральное определение спектральных типов и соответствующих теоретических масс.
Если хотите, могу при заданном предположении о спектральных типах дать напрямую числовую оценку iii.