[論文レビュー] Modelling of the B-type binaries CW Cep and U Oph: A critical view on dynamical masses, core boundary mixing, and core mass

C. Johnston, K. Pavlovski+1 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 100被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、新しい高精度分光法および光度モデルを用いてB型連星CW CepとU Ophを再分析し、動的質量を精緻化し、核の性質を評価する。基本パラメータの精度が1%レベルであっても、核境界での混合（例：対流拡散）は一意に制約できないが、核質量は約5–15%の不確実性で成功裏に制約された。

ABSTRACT

Context: Intermediate-Mass stars are often overlooked as they are not supernova progenitors but still host convective cores and complex atmospheres which require computationally expensive treatment. Due to this, there is a general lack of such stars modelled by state of the art stellar structure and evolution codes. Aims: This paper aims to use high-quality spectroscopy to update the dynamically obtained stellar parameters and produce a new evolutionary assessment of the bright B0.5+B0.5 and B5V+B5V binary systems CW Cep and U Oph. Methods: We use new spectroscopy obtained with the Hermes spectrograph to revisit the photometric binary solution of the two systems. The updated mass ratio and effective temperatures are incorporated to obtain new dynamical masses for the primary and secondary. With these, we perform isochrone-cloud based evolutionary modelling to investigate the core properties of these stars. Results: We report the first abundances for CW Cep and U Oph as well as report an updated dynamical solution for both systems. We find that we cannot uniquely constrain the amount of core boundary mixing in any of the stars we consider. Instead, we report their core masses and compare our results to previous studies. Conclusions: We find that the per-cent level precision on fundamental stellar quantities are accompanied with core mass estimates to between ~ 5-15%. We find that differences in analysis techniques can lead to substantially different evolutionary mode

研究の動機と目的

• 新規分光データを用いて、B型連星CW CepとU Ophの動的星像パラメータ（特に質量比と有効温度）の精度を向上させること。
• これらの系における中質量星の進化状態に、核境界混合（例：対流拡散）が与える影響を調査すること。
• Gaiaを用いた光度と等時曲線クラウドフィッティングを比較することで、進化モデルの妥当性を評価すること。
• 異なる研究で報告された動的解の不一致を強調し、内部混合プロセスに関する信頼できる推論を導くために、均一に分析されたサンプルの必要性を提唱すること。
• 核質量が星の進化状態と直接関連していることから、将来的な進化モデルでは核質量を明示的に報告すべきであると提言すること。

提案手法

• メルカトル望遠鏡に搭載されたHermes分光計を用いて、新しい高分解能分光法を取得し、径方向速度を測定するとともに、有効温度と表面組成を導出する。
• 更新された質量比と温度を用いて光度的連星解を再検討し、PHOEBEコードにおけるベイズ的MCMC最適化により、動的質量および半径の推定精度を向上させる。
• 精緻化された動的パラメータを用いて等時曲線クラウドモデリングを実施し、Johnstonら（2019）の手法を用いてモデル入力および導出パラメータ（例：核質量、水素含有量）を推定する。
• 連星モデルから得られた光度推定値をGaiaのパララックスと比較し、動的解の整合性を検証する。
• 更新された軌道解と回転速度を基に、潮汐的同期化および円形化 timescales を評価する。
• 従来の研究（例：Schneiderら 2014）と比較し、回転混合を仮定したのではなく拡散的オーバーシュートを仮定した場合の違いを明らかにし、核性質推定におけるモデル依存性を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のB型連星の動的および進化モデリングを用いた場合、核境界混合（例：対流拡散）はどの程度制約できるか？
• RQ2 更新された分光的および光度的解は、CW CepおよびU Ophにおける動的質量および半径の精度と一貫性にどのように影響するか？
• RQ3 回転混合と拡散的オーバーシュートといった異なるモデリング仮定が、導出された核質量および進化状態に与える影響は何か？
• RQ4 連星モデリングから得られた光度と、Gaiaパララックスから推定された光度はどのように比較できるか？ これは解の妥当性に何を示唆するか？
• RQ5 異なる研究で報告された動的解の不一致は、近核混合プロセスを推論する信頼性をどの程度損なうか？

主な発見

• 本研究は、CW CepおよびU Ophの両者について、初めての表面組成測定を報告し、これらは太陽組成と整合的である。
• 1%レベルの精度で更新された動的質量および半径が得られたが、研究間での解のばらつきが報告された精度を上回っており、解の妥当性に懸念が生じる。
• 高精度の入力パラメータが得られても、モデルのデゲネラシーのため、核境界混合（例：オーバーシュート）の程度は一意に制約できない。
• 核質量は約5–15%の不確実性で制約され、オーバーシュートパラメータよりも進化状態のより信頼できる代理指標である。
• 従来の研究（例：Schneider ら 2014）との比較から、仮定される混合物理法則によって核質量の推定値に顕著な差が生じることが判明し、モデル依存性が顕著に示された。
• 本研究は、対流拡散、回転、磁気的要因といった内部プロセスに関する信頼できる推論を可能にするために、均一に分析された連星サンプルの必要性を提唱する。