[論文レビュー] Absolute dimensions of eclipsing binaries. XXVI. Setting a new standard: Masses, radii, and abundances for the F-type systems AD Bootis, VZ Hydrae, and WZ Ophiuchi

J. V. Clausen, Guillermo Torres+6 more|ArXiv.org|Jun 19, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、複数エポックの光度測定、径速度データ、および高分解能分光法を用いて、F型食連星AD Bootis、VZ Hydrae、WZ Ophiuchiの質量、半径、元素組成を極めて高精度に測定した。これにより、星の進化モデルの検証に新たな基準が提示された。特に、WZ Ophiuchiのモデル予測された効果温度に著しい乖離が認められ、これが星間減光の低減推定、あるいはヘリウム含有量の低さや対流の減少といった恒星固有の性質に起因する可能性がある。

ABSTRACT

We determine absolute dimensions and abundances for the three F-type main-sequence detached eclipsing binaries AD Boo, VZ Hya, and WZ Oph and perform a detailed comparison with results from recent stellar evolutionary models. uvby light curves and standard photometry were obtained at ESO,radial velocity observations at CfA facilities, and high-resolution spectra with ESO's FEROS spectrograph. State-of-the-art methods were applied for the analyses. Masses and radii that are precise to 0.5-0.7% and 0.4-0.9%, respectively, have been established for the components, which span the ranges of 1.1 to 1.4 M_sun and 1.1 to 1.6 R_sun. The [Fe/H] abundances are from -0.27 to +0.10, with uncertainties between 0.07 and 0.15 dex. We find indications of a slight alpha-element overabundance of [alpha/Fe] ~ +0.1$ for WZ Oph. The secondary component of AD Boo and both components of WZ Oph appear to be slightly active. Yale-Yonsai and Victoria-Regina evolutionary models fit the components of AD Boo and VZ Hya almost equally well, assuming coeval formation, at ages of about 1.75/1.50 Gyr (AD Boo) and 1.25/1.00 Gyr (VZ Hya). BaSTI models, however, predict somewhat different ages for the primary and secondary components. For WZ Oph, the models from all three grids are significantly hotter than observed. A low He content, decreased envelope convection coupled with surface activity, and/or higher interstellar absorption would remove the discrepancy, but its cause has not been definitively identified. We have demonstrated the power of testing and comparing recent stellar evolutionary models using eclipsing binaries, provided their abundances are known. The strongest limitations and challenges are set by T_eff and interstellar absorption determinations, and by their effects on and correlation with abundance results.

研究の動機と目的

• F型主系列に属する分離型食連星3系統について、これまでにない高精度で絶対的次元および化学組成を決定すること。
• 現代の星の進化モデル（Yale-Yonsei、Victoria-Regina、BaSTI）が、これらの系からの実測データに対してどの程度適合するかを検証すること。
• 特にWZ Ophiuchiにおいて観測値とモデル予測値との間で顕著な効果温度の乖離が生じる原因を解明すること。
• 星間吸収、ヘリウム含有量、表面活性がモデル適合性に与える影響を評価すること。
• 高精度な二重星研究の基準を確立し、星の進化理論の検証に役立てる。

提案手法

• UVBY光曲線およびuvbyβ標準的光度測定は、ESOラ・シリャに設置されたストルムグレン自動望遠鏡を用いて取得された。
• 径速度は、ハーバード・スミスソニアン天体物理学センターおよびESOのFEROS分光計で得られた高分解能スペクトルから測定された。
• 軌道的および物理的パラメータの導出には、EBOPおよびウィルソン＝デヴィニー二重星光曲線モデリングコードが用いられた。
• 2次元相互相関およびスペクトル分離技術が適用され、個々の成分の径速度およびスペクトルが得られた。
• 鉄およびα要素の組成を決定するために、VWA組成分析ツールが使用された。
• 星間減光は、JHKs光度測定を用いて推定され、Knudeによってキャリブレーションされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多波長光度測定および径速度データを用いて、F型主系列に属する食連星の質量と半径をどの程度の精度で決定できるか？
• RQ2 現在の星の進化モデル（Yale-Yonsei、Victoria-Regina、BaSTI）は、これらの系の観測された質量、半径、効果温度をどの程度再現できるか？
• RQ3 WZ Ophiuchiにおいて観測値とモデル予測値との間で顕著な効果温度の乖離が生じる原因は何か？
• RQ4 表面活性、ヘリウム含有量、星間減光が観測パラメータと理論モデルとの整合性にどのように影響するか？
• RQ5 鉄の組成（Fe/H）およびα要素の組成（α/Fe）の測定は、F型連星系におけるモデルとデータの不一致を解消する手がかりとなるか？

主な発見

• 質量は1.1～1.4 M☉、半径は1.1～1.6 R☉の範囲にある成分について、それぞれ0.5–0.7%および0.4–0.9%の精度で決定された。
• 鉄の組成[Fe/H]は−0.27～+0.10の範囲にあり、不確実性は0.07–0.15 dexであった。WZ Ophiuchiでは、[α/Fe] ≈ +0.1のα要素の過剰組成が示唆された。
• AD Bootisの第二星およびWZ Ophiuchiの両成分には、やや強い表面活性の兆候が認められ、これが温度決定に影響を与える可能性がある。
• Yale-YonseiおよびVictoria-Reginaモデルは、共に形成年齢が約1.75/1.50 Gyr（AD Bootis）および約1.25/1.00 Gyr（VZ Hydrae）であると仮定した場合、良好に適合した。
• BaSTIモデルでは、AD BootisおよびVZ Hydraeの成分の年齢が著しく異なる予測値を示しており、モデル依存の年齢推定が生じていることが示された。
• WZ Ophiuchiにおいては、3つのモデルグリッドとも観測値よりも高い効果温度を予測しており、モデル物理や入力パラメータ（星間減光、ヘリウム含有量など）に未解決の問題がある可能性を示唆している。