怎么进行恒星光谱分解(解纠缠)

这里是指对双星或者多星系统的恒星光谱进行解纠缠(分解出来多个恒星的光谱成分)。尽管都是光谱成分分解,但是双星或者多星系统(下文全都简称双星系统)的光谱分解方法和AGN的光谱分解有显著的不同。
我们知道AGN的光谱分解(拟合)是把AGN的光谱分解成多个成分,一般情况下这些成分包括host,连续谱,$\mathrm{Fe~II}$模板,Balmer连续谱,各种宽线成分,窄线成分。其中host成分可能需要考虑星族,以及host和连续谱之间在拟合的时候存在简并,可能稍微复杂一点,其他的整个分解过程还是相当直观的。因为AGN的光谱,每个成分一般只覆盖波长上非常小的一段,而且彼此差异巨大。所谓的AGN光谱分解(拟合),就是把多个光谱成分加起来,通过调整流量,展宽等,让模型尽量的和观测数据一致。这里没有什么复杂的算法需要设计。

双星光谱分解

双恒星光谱的分解相比很不一样。如果我们观测到的恒星光谱中包括两个甚至多个恒星的辐射的话,这些恒星的光都是覆盖整个可见光波段的,并且每个恒星的光谱中都会包括非常多的吸收线,这些吸收线彼此重叠,混成一团,加上恒星光谱一般分辨率较差,对大部分的吸收特征,我们并不能看到单根的吸收线,而是吸收线簇。双星成分的分解就变成一个很不直观的事情。大而话之,恒星的双星成分分解大体可以按照如下两种思路来进行。

模板分解

模板分解的说法,是我随便起的,不一定合适。基本来说,恒星的光谱尽管看起来很复杂,光谱上有非常多的吸收特征,但是实际上光谱的参数是相当少的。决定恒星光谱的主要参数包括温度,金属丰度和表面重力。其中温度对光谱的影响最大,几乎完全决定了恒星的光谱类型,光谱上主要看到的是哪些吸收线。金属丰度对光谱的影响也是相当显著,最直观的就是影响光谱上吸收线的等值宽度。表面重力造成的影响比较让人疑惑,从原理上来讲,表面重力会影响光学薄区域的密度,从而改变自由电子密度,从而随着表面重力的增加,抑制一些吸收线的出现或者等值宽度,表面重力的另一个影响可能是改变粒子的平均自由程,从而因为压力致宽机制影响光谱上的谱线展宽。其他还有如α,或者个别元素的丰度异常导致的不同谱线的线强比的变化。
基本上,只需要指定温度,金属丰度,表面重力,我们就可以生成一个和观测谱非常接近的理论谱(模板)。很直观的,我们会想到通过指定两组恒星参数来拟合双星光谱。通过模板来进行双星成分分解确实也是这么做的。我们用两组恒星参数生成两条恒星模板,然后两条恒星模板相加,来和观测数据进行匹配。通过调整两组恒星参数,让理论谱和观测谱的残差最小,从而完成对双星成分的分解。这里还需要考虑一些技术性的参数。这些参数主要有双星的流量比,双星各自的视向速度,双星的谱线展宽,望远镜的仪器展宽。
通过模板进行双星成分分解有不少的细节或者实现技巧需要考虑,这里不再赘述。另一种光谱分解的方法更能引发我们的兴趣,即通过动力学方法完成对光谱成分的分解。

动力学分解

双星系统彼此绕转,如果在不同相位有多条观测光谱,观测者会因为多普勒效应看到光谱谱线的移动变化。我们取$u = \ln\lambda$,将会对应$\mathrm{RV} \approx c \Delta u $,其中RV是目标相对于观测者的径向速度,c是光速。如果双星系统沿圆轨道运动,则有$$\Delta u(t) = A_0 \sin (\omega t + \phi)$$。对沿着椭圆轨道运动的双星系统,我们也能得到类似的谱线移动随相位的变化公式。

我们假设光谱中有两个不同的视向速度成分(对于存在更多视向速度成分的系统处理方法也是类似的),分别为$f(u)$, $g(u)$。

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