Binaires à éclipses et binaires spectroscopiques

Lorsqu'une orbite binaire est observée presque par la tranche, les étoiles s'éclipsent mutuellement et leur lumière subit un décalage en longueur d'onde au cours de leur orbite ; la combinaison de ces effets permet de déterminer les masses et les rayons des étoiles avec une précision remarquable.

Definition

Une binaire spectroscopique est un système identifié par le décalage périodique de ses raies spectrales dû au mouvement orbital, et une binaire à éclipses est un système dans lequel les étoiles passent périodiquement l'une devant l'autre depuis notre point de vue, provoquant des baisses de luminosité mesurables.

Scope

Ce sujet aborde les binaires spectroscopiques détectées par les décalages Doppler périodiques de leurs raies spectrales, les binaires à éclipses dont la luminosité diminue lorsqu'une étoile passe devant l'autre, l'analyse des courbes de lumière et des courbes de vitesse radiale, ainsi que la détermination précise des masses, des rayons et des températures stellaires à partir de systèmes où les deux effets sont observés.

Core questions

• Comment les binaires spectroscopiques sont-elles détectées ?
• Qu'est-ce qui provoque les baisses de luminosité dans une binaire à éclipses ?
• Comment les éclipses et les vitesses radiales combinées permettent-elles de déterminer les rayons et les masses stellaires ?
• Pourquoi les binaires à éclipses détachées sont-elles si précieuses ?

Key concepts

• courbe de vitesse radiale
• fonction de masse
• binaire à raies doubles
• courbe de lumière
• éclipse primaire et secondaire
• inclinaison orbitale
• paramètres stellaires fondamentaux

Key theories

Vitesses radiales et fonction de masse

Le mouvement orbital décale les raies spectrales d'une étoile d'avant en arrière par effet Doppler ; l'amplitude et la forme de la courbe de vitesse radiale contraignent les masses via la fonction de masse spectroscopique, et un système à raies doubles (double-lined system) donne directement le rapport de masse.

Analyse des courbes de lumière des éclipses

Les profondeurs, durées et formes des éclipses dans la courbe de lumière, combinées aux vitesses orbitales, donnent les rayons relatifs, les températures et l'inclinaison orbitale des étoiles ; une binaire à éclipses détachée à raies doubles (detached double-lined eclipsing binary) permet d'obtenir les masses et les rayons absolus à quelques pour cent près.

Mechanisms

Lorsque les étoiles orbitent, leur mouvement d'approche et d'éloignement par rapport à nous décale leurs raies spectrales, traçant ainsi des courbes de vitesse radiale ; lorsque l'orbite est presque par la tranche, chaque étoile bloque périodiquement l'autre, produisant des éclipses dont le moment et la profondeur révèlent les tailles des étoiles et l'inclinaison. Ensemble, ces phénomènes lèvent les dégénérescences qui limitent d'autres méthodes, permettant d'obtenir des masses et des rayons absolus.

Clinical relevance

Les binaires à éclipses détachées fournissent les paramètres stellaires fondamentaux les plus précis disponibles et servent de références pour tester les modèles d'évolution stellaire ; elles servent également d'indicateurs de distance précis pour les galaxies proches, ancrant ainsi les échelons de l'échelle des distances cosmiques.

History

Goodricke a expliqué la variabilité d'Algol comme étant des éclipses par un compagnon invisible au XVIIIe siècle, Russell et Shapley ont développé des méthodes pour extraire les éléments orbitaux des courbes de lumière d'éclipse au début du XXe siècle, et Kopal et des chercheurs ultérieurs ont affiné la modélisation maintenant utilisée pour dériver des paramètres stellaires précis.

Key figures

• Henry Norris Russell
• Harlow Shapley
• John Goodricke
• Zdenek Kopal

Seminal works

• torres2010
• russell1912

Frequently asked questions

De quoi l'étoile Algol est-elle un exemple ?

Algol est le prototype de la binaire à éclipses : sa diminution régulière de luminosité, perceptible à l'œil nu, est causée par le passage périodique d'une étoile compagnon plus faible devant la plus brillante, un phénomène d'abord correctement expliqué comme une éclipse par John Goodricke.

Pourquoi les binaires à éclipses qui sont aussi spectroscopiques sont-elles si utiles ?

La spectroscopie donne les vitesses des étoiles et les éclipses fixent l'inclinaison orbitale et les tailles relatives ; leur combinaison élimine l'inconnue habituelle de l'inclinaison de l'orbite, permettant aux astronomes de déterminer les masses et les rayons absolus des deux étoiles avec une grande précision.