[論文レビュー] Monitoring evolved stars for binarity with the HERMES spectrograph

N. Gorlova, H. Van Winckel+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、メルカトル望遠鏡のHERMES分光計を用いた高精度の径速度モニタリングにより、高温の亜水平星、バリウム星/S星、および円盤を有する後AGB星を含む、進化した星における長周期で非円形の連星系を検出する。主な発見として、1,210日までの公軌道周期と、標準的な連星進化理論の予測を上回る非円形度を有するシステムの発見に加え、進行中の質量移動および円盤系における散乱光の証拠が得られた。

ABSTRACT

Binarity is often invoked to explain peculiarities that can not be explained by the standard theory of stellar evolution. Detecting orbital motion via the Doppler effect is the best method to test binarity when direct imaging is not possible. However, when the orbital period exceeds the duration of a typical observing run, monitoring often becomes problematic. Placing a high-throughput spectrograph on a small semi- robotic telescope allowed us to carry out a radial-velocity survey of various types of peculiar evolved stars. In this review we highlight some findings after the first four years of observations. Thus, we detect eccentric binaries among hot subdwarfs, barium, S stars, and post- AGB stars with disks, which are not predicted by the standard binary interaction theory. In disk objects, in addition, we find signs of the on- going mass transfer to the companion, and an intriguing line splitting, which we attribute to the scattered light of the primary.

研究の動機と目的

• 直接画像撮影が困難な状況においても、進化星の連星性を径速度モニタリングによって検証すること。
• バリウム星、S星、円盤を有する後MS星の特異性を説明するための連星相互作用の役割を調査すること。
• 公軌道パラメータ、星の性質、周囲星間ダイナミクスを特徴づけることで、連星進化理論を制約すること。
• 進行中の質量移動を示すシステムを特定し、周囲環境における散乱光の特徴を検出すること。
• 連星進化によって関連する異なる後MS星の進化段階を結ぶ、実証的証拠の欠如を解消すること。

提案手法

• ラ・パルマに設置された1.2mのメルカトル望遠鏡に搭載された、高スルーレートかつ高分解能（R = 85,000）のHERMESファイバーEchelle分光計を用いる。
• 温度制御環境を採用することで、径速度精度が200 m s⁻¹未満となるようにする。
• さまざまなスペクトル型および金属量に合わせたラインマスクを用いたクロス相関法により、Pythonベースのパイプラインを用いてスペクトルの減衰と径速度の決定を実施する。
• 週単位から学期に数回の間隔をもって長期的・キュー制御での観測を実施し、高密度な時間系列スペクトルを構築する。
• 両成分の径速度曲線に対して独立して軌道フィッティングを実施し、システム的径速度の差異と軌道要素を測定する。
• Hαプロファイルとクロス相関関数（CCFs）を分析することで、質量移動や散乱光を示すスペクトル特徴を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高温の亜水平星や後AGB星を含む進化星において、長周期で非円形の連星系の公軌道分布はどのようなものか？
• RQ2 径速度モニタリングは、円盤を有する系における進行中の質量移動を検出可能か？ また、どのようなスペクトル的特徴を示すか？
• RQ3 観測された公軌道周期と非円形度が、標準的な連星相互作用理論の予測を上回る理由は何か？
• RQ4 一部の円盤系で観測される非対称的または二重ピークのHαプロファイルは、どのような原因によるものか？ また、公軌道位相とどのように相関するか？
• RQ5 後AGB星に円盤を有する系で観測されるCCFの副次的特徴は、物理的伴星ではなく、円周連星円盤からの反射光に起因するものとみなせるか？

主な発見

• 8つの長周期の高温亜水平星連星系が発見され、公軌道周期は491〜1,363日で、すべてが安定したローチューブオーバーフロー理論による予測を上回る非円形度を示した。
• 亜水平星とその低温伴星の間のシステム的径速度差は約1 km s⁻¹であり、重力赤方偏移効果と整合的であった。
• 円盤を有する後AGB星では、Hαプロファイルに二重ピーク発光が観測され、主星が上弦点に来た際に非対称的またはブルー・シフトした吸収線に変化するなど、進行中の質量移動の兆候が示された。
• 一部の系ではP Cyg型プロファイルが観測され、特定の公軌道位相で強度を増した。これは、極面視点の幾何配置と活発な降着を示唆している。
• IRAS 19135+3937およびBD+46 442のクロス相関関数に副次的特徴が検出されたが、これは物理的伴星ではなく、連星円盤からの反射光に起因すると解釈された。
• IRAS 19135+3937の光度モニタリングでは、最小光時の色が青くなる傾向が観測され、散乱光の解釈を支持しており、類似系における干渉測定の結果とも整合的であった。