Механизм Эпплгейта , эффект Эпплгейта ( англ. Applegate mechanism ) объясняет длительные вариации орбитального периода , наблюдающиеся у некоторых затменных двойных звёзд . По мере того как звезда проходит цикл активности, внешние слои подвергаются воздействию магнитного момента, изменяющего распределение углового момента, что также изменяет сжатие звезды. Орбита компонентов двойной системы чувствительна к изменению формы звёзд, поэтому изменения орбитального периода (обычно порядок ∆P/P ∼ 10 ⁻⁵ ) происходят на тех же временных масштабах, что и цикл активности звезды.

Введение

Аккуратное исследование затменных двойных звёзд показало, что модуляции периода происходят с порядком величины ∆P/P ∼ 10 ⁻⁵ с периодом порядка десятилетия. Ярким примером является система Алголя , для которого существуют подробные наблюдения в течение более чем двух столетий. На таком интервале наблюдений график зависимости разности наблюдаемых интервалов между затмениями от предсказанных интервалов показывает деталь с амплитудой 0,3 суток и временем повторения порядка столетия. На эту особенность накладывается вторичная модуляция с полной амплитудой 0,06 суток и периодом повторения около 30 лет. Похожие модуляции периода присущи и другим переменным типа Алголя .

Модуляции периода происходят время от времени, но не обладают постоянным циклом. Следовательно, нельзя их объяснить прецессией линии апсид или наличием далёкого невидимого компонента системы. Также для объяснения модуляций с помощью прецессии линии апсид необходима орбита с существенным эксцентриситетом, но системы с наблюдаемыми модуляциями обычно обладают малыми эксцентриситетами орбит. Также объяснение, основанное на наличии третьего компонента, проблематично тем, что во многих случаях третий компонент должен быть настолько массивным, что должен наблюдаться в оптическом диапазоне, если только не является неким экзотическим объектом.

Другим явлением, наблюдающимся в некоторых двойных типа Алголя, является монотонное увеличение периода. Это явление отличается о более часто встречающихся чередований увеличения и уменьшения периода, объясняемых механизмом Эпплгейта. Монотонное увеличение периода может быть связано с переносом массы, как правило (но не всегда) от менее массивного компонента к более массивному.

Механизм

Временная шкала и особенности повторяемости модуляций периода, согласно работе Матезе и Уитмайра (1983), связаны с механизмом, учитывающим изменения квадрупольного момента одной звезды с последующим спин-орбитальным взаимодействием. Но такой сценарий на даёт удовлетворительного объяснения причин возникновения изменений квадрупольного момента.

Взяв теорию Матезе и Уитмайра в качестве отправной точки, Эпплгейт утверждал, что изменения радиуса инерции сечения звезды могут быть связаны с циклами магнитной активности. Свидетельства в поддержку его гипотезы были получены из наблюдений того, что большинство вторичных компонентов поздних спектральных классов двойных типа Алголя оказываются быстро вращающимися конвективными звёздами, что может означать хромосферную активность. В реальности модуляции орбитального периода наблюдаются только в переменных типа Алголя, содержащих конвективные звёзды поздних классов.

Если изменение квадрупольного момента приводит к переменам в орбите, всё же остаётся вопрос, как именно магнитное поле приводит к изменению формы. Большинство созданных в 1980-е годы моделей предполагают, что магнитное поле деформирует звезду, растягивая ее и уводя из состояния гидростатического равновесия. Марш и Прингл (1990) показали, однако, что энергия, необходимая для такой деформации, превосходит полное количество создаваемой звездой энергии.

Звезда вращается не как твёрдое тело. Внешние части звезды вносят большую часть в квадрупольный момент звезды. Эпплгейт предположил, что пока звезда проходит цикл активности, магнитный момент может привести к перераспределению углового момента в звезде. В результате, меняется сплюснутость звезды, это приводит к изменению орбитального периода по механизму Матезе и Уитмайра. Подсчёт баланса энергии показывает, что активная звезда обычно проявляет переменность на уровне ΔL/L ≈ 0,1 и должна дифференциально вращаться с вариацией ΔΩ/Ω ≈ 0,01.

Применимость

Механизм Эпплгейта приводит к нескольким предсказаниям, которые можно проверить:

• вариации светимости активной звезды соответствуют модуляциям орбитального периода;
• любой другой показатель магнитной активности (например, звёздные пятна, рентгеновская светимость короны, и т.д.) также должны обладать переменностью, согласующейся с изменениями орбитального периода;
• поскольку сильные изменения радиуса звезды не могут происходить из-за недостатка энергии, то вариации светимости должны происходить в основном из-за изменения температуры.

Проверка этих предсказаний поддержит правдоподобность гипотезы, но не даст информации о единственности возможного механизма.

Эффект Эпплгейта предоставляет единообразное объяснение для многих кривых эфемерид для широкого класса двойных систем и может быть полезным в понимании теории активности динамо, наблюдаемой в быстро вращающихся звёздах.

Также механизм Эпплгейта рассматривается при объяснении вариаций наблюдаемого времени прохождения внесолнечных планет, как и приливная диссипация и наличие других планетных тел.

Однако существует много звёзд, для которых механизм Эпплгейта не даёт приемлемых результатов. Например, вариации орбитального периода в некоторых затменных звёздах, находящихся на этапе после общей оболочки, на порядок величины больше, чем получается по механизму Эпплгейта.

Примечания