[論文レビュー] Eclipsing binaries observed with the WIRE satellite. II. beta Aurigae and non-linear limb darkening in light curves

J. Southworth, H. Bruntt+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 75

ひとこと要約

本研究では、WIRE衛星を用いて、非線形リムダークニングと分光的光比をモデル化する修正版 ebop コードを適用し、食連星 β Aurigae の最高精度の光曲線を提示した。非線形リムダークニングを組み込むことで、フィット品質が向上し、線形法と比較して星の半径が 0.4% 増加する。分光的データを含めると、半径は 0.5% の精度で測定可能である。

ABSTRACT

We present the most precise light curve ever obtained of a detached eclipsing binary star and use it investigate the inclusion of non-linear limb darkening laws in eclipsing binary light curve models. This light curve, of the bright system beta Aurigae, was obtained using the star tracker aboard the WIRE satellite and contains 30000 datapoints with a scatter of 0.3 mmag. We analyse it using a version of the EBOP code modified to include non-linear limb darkening and to directly incorporate observed times of minimum light and spectroscopic light ratios into the solution as individual observations. We also analyse the dataset with the WD code to ensure that the two models give consistent results. EBOP provides an excellent fit to the WIRE data. Whilst the fractional radii are only defined to a precision of 5%, including an accurate published spectroscopic light ratio improves this dramatically to 0.5%. Using non-linear limb darkening improves the quality of the fit significantly and causes the measured radii to increase by 0.4%. It is possible to derive all of the limb darkening coefficients from the light curve, although they are strongly correlated with each other, and they agree with theoretical predictions. The radii and masses of the components of beta Aur are R_A = 2.762 +/- 0.017 Rsun, R_B = 2.568 +/- 0.017 Rsun, M_A = 2.376 +/- 0.027 Msun and M_B = 2.291 +/- 0.027 Msun. Theoretical stellar models can match these parameters for a solar metal abundance and an age of 450-500 Myr. The Hipparcos trigonometric parallax and an interferometrically-derived orbital parallax give distances to beta Aur which are in excellent agreement with each other and with distances derived using surface brightness relations and several sets of empirical and theoretical bolometric corrections (abridged).

研究の動機と目的

• WIRE衛星のスターフレッカーを用いて、分離型食連星の最も高精度な光曲線を取得すること。
• 非線形リムダークニング法が、食連星の光度モデルに与える影響を調査すること。
• 分光的光比と観測された最小時刻を組み込むことで、星の半径および質量の測定精度を向上させること。
• 高精度統合を用いて、非線形リムダークニングを考慮したebopコードの信頼性を、Wilson-Devinneyコードと比較して検証すること。
• 実験的星のパラメータが、太陽金属量と特定の年齢範囲の理論的進化モデルと整合しているかを検証すること。

提案手法

• 非線形リムダークニング法（2次および平方根型）を組み込み、観測された最小時刻と分光的光比を制約として直接組み込んだ、ebopコードの修正版を用いた。
• すべてのフィットパラメータの信頼性のある不確実性を導出するため、広範なモンテカルロシミュレーションを実施した。
• 最高の統合精度と長時間の反復を用いて、ebopの結果とWilson-Devinneyコード（wd2003）の結果を比較し、系統的誤差を検出した。
• 分光的軌道は Smith (1948) のもの、分光的光比は NJ94 のものを用い、光度解を固定した。
• ヒッパルコスの視差と干渉測定による軌道視差を組み合わせ、距離の妥当性を検証した。
• フィットされたリムダークニング係数が理論的モデル大気とどの程度整合するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形リムダークニング法を組み込むことで、高精度の食連星光曲線の光度フィット品質が顕著に向上するか？
• RQ2 分光的光比を組み込むことで、星の半径測定の不確実性はどの程度低減されるか？
• RQ3 フィットされたリムダークニング係数は、理論的予測とどの程度一致するか？
• RQ4 高精度データに適用した場合、Wilson-Devinneyコードはebopと一貫した結果をもたらすか？また、その計算負荷はどの程度か？
• RQ5 得られたβ Aurigaeの物理的パラメータは、太陽金属量と特定の年齢範囲の理論的星進化モデルと整合しているか？

主な発見

• WIREによるβ Aurigaeの光曲線は30,015点のデータポイントを含み、点対点の散乱が0.3 mmagであり、分離型食連星の光曲線としてこれまでで最も高精度である。
• 非線形リムダークニングを組み込むことで、フィット品質が顕著に向上し、線形リムダークニング法と比較して星の半径が0.4%増加した。
• NJ94の分光的光比を組み込むことで、星の半径の不確実性が5%から0.5%にまで低減され、高精度光度測定においてその重要性が明確になった。
• 2次および平方根型のリムダークニング係数は、誤差範囲内で理論的予測と一致したが、強く相関していた。
• Wilson-Devinneyコードは、高精度統合と長時間の反復を要するが、その条件下では一貫した解が得られ、全波長アルベドが0.6であった。これは対流包層と整合的である。
• 得られた物理的パラメータ（半径：2.762±0.017 R☉ および 2.568±0.017 R☉、質量：2.376±0.027 M☉ および 2.291±0.027 M☉）は、450–500 Myrの年齢と太陽金属量の理論的モデルと整合的である。