密近层级三星系统的观测与研究

Observation and research of close hierarchical triple stellar systems have an important theoretical significance for understanding the formation and evolution of short-period close binary. However, due to the limitations of traditional observation and search schemes, only a few close hierarchical triple stellar systems have been detected and identified. Theoretically, the gravitational interaction of additional companion will lead to orbital precession of the inner binary which can change its orbital inclination, and thus produce the observable physical effect on its light curves (variations of amplitude or eclipsing depth) and radial-velocity curves (variations of system velocity and amplitude). Meanwhile, the dynamic effect of the additional companion can influence the orbital parameters of the inner binary, resulting in the observable effect of its eclipsing-time variations. These observable and physical effects break out the limitations of traditional research schemes and provide a new avenue for us to detect the close hierarchical triple stellar. In this project, some close hierarchical triple will be observed and studied by combining the traditional observation methods with these observable effects. We aim to extend the poor statistics for these systems and develop a theoretical method to determined their orbital parameters and physical properties. The study of this project will provide important implications for understanding the formation of close binaries and exploring the evolution theory of the hierarchical triple systems.

密近层级三星系统的观测与研究对于理解短周期密近双星的形成与演化具有重要的理论意义。然而，由于传统观测与搜寻方案的局限性，仅有少量密近层级三星系统已经被观测与确定。理论上，因外伴星的引力作用使得内双星轨道产生进动，而轨道进动使得内双星轨道倾角变化，从而产生光变曲线变化（幅度或食深变化）与视向速度变化（系统速度与幅度变化）的可观测物理效应。同时，近距伴星的动力学效应亦可改变内双星轨道，产生内双星掩食时刻变化的可观测效应。这些可观测的物理效应突破了传统研究方案的局限，为我们搜寻与观测密近层级三星提供了新的窗口与途径。本项目拟结合传统的观测方法与这些观测效应来研究密近层级三星系统，完善三星系统的统计样本，发展分析三星系统轨道参数与物理性质的理论。本项目的研究对于深入理解密近双星的形成和探索层级三星系统的演化理论具有重要的指导意义。

密近层级三星系统的搜寻与测光研究对于理解短周期密近双星的形成和探索三体动力学性质具有重要的理论意义。结合各种巡天测光数据和地面小口径望远镜的观测，本项目对挑选的12颗样本星进行了系统的测光与轨道周期变化研究，计算了它们的轨道与物理参数，分析了它们的演化状态。本项目得到的主要结果有：（1）基于外伴星对内双星所产生的两种可观测效应（掩食时刻周期性变化和光变曲线幅度长时标变化），从Kepler时序测光数据中分析确认了三颗密近层级三星系统(KIC7955301、KIC8938628和KIC10319590)；（2）针对具有轨道倾角变化的密近双星系统，发展了一种联立光变曲线和视向速度曲线求解绝对物理参数的可行方案，并将其应用到密近层级三星系统KIC7955301的解轨研究中，证实了其有效性；（3）通过轨道周期变化的研究，发现五颗相接双星（LO And、V473 And、V805 And、LQ Com和EG CVn）是可能存在额外伴星的层级三星系统，而V0599 Aur是一颗具有类太阳磁活动周的相接双星；（4）基于相接双星物理参数的统计研究，我们发现一些W子类的相接双星是由A子类相接双星演化而来，而相反的演化方向似乎是不可能的。本项目的研究，为检验短周期相接双星的形成和演化理论提供了新的观测证据和统计约束，也为密近双星额外伴星的搜寻和物理参数的计算提供了可行方案。本项目基本完成了预定的研究目标，累计发表SCI论文6篇，培养毕业的硕士研究生3名和本科生1名。