[論文レビュー] Multiplicity of Galactic Cepheids and RR Lyrae stars from Gaia DR2 - I. Binarity from proper motion anomaly

P. Kervella, A. Gallenne+9 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Mar 8, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 128被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、ガイヤDR2およびヒッパルコスの自己運動データを用い、恒星の自己運動異常（PMa）を用いて銀河系のセフェイド星およびRR Lyrae星における連星・複数星系の検出を試みた。57例の確認済みセフェイド連星（80％の連星率）と13例の確認済みRR Lyrae連星（7％の連星率）を同定し、長年の疑問であったこれらの星の顕著な低連星頻度の謎を解明した。この手法により、組み合わせたアストロメトリックおよび分光的データを用いて28例のセフェイド連星の質量推定が可能となった。

ABSTRACT

Classical Cepheids (CCs) and RR Lyrae stars (RRLs) are important classes of variable stars used as standard candles to estimate galactic and extragalactic distances. Their multiplicity is imperfectly known, particularly for RRLs. Astoundingly, to date only one RRL has convincingly been demonstrated to be a binary, TU UMa, out of tens of thousands of known RRLs. Our aim is to detect the binary and multiple stars present in a sample of Milky Way CCs and RRLs. In the present article, we combine the Hipparcos and Gaia DR2 positions to determine the mean proper motion of the targets, and we search for proper motion anomalies (PMa) caused by close-in orbiting companions. We identify 57 CC binaries from PMa out of 254 tested stars and 75 additional candidates, confirming the high binary fraction of these massive stars. For 28 binary CCs, we determine the companion mass by combining their spectroscopic orbital parameters and astrometric PMa. We detect 13 RRLs showing a significant PMa out of 198 tested stars, and 61 additional candidates. We determine that the binary fraction of CCs is likely above 80%, while that of RRLs is at least 7%. The newly detected systems will be useful to improve our understanding of their evolutionary states. The discovery of a significant number of RRLs in binary systems also resolves the long-standing mystery of their extremely low apparent binary fraction.

研究の動機と目的

• 銀河系の古典的セフェイド星およびRR Lyrae星の真の多重性頻度を特定すること。これらは宇宙距離スケールの測定に不可欠である。
• 数万ものRR Lyrae星が知られているにもかかわらず、唯一の連星（TU UMa）しか確認されていないという長年の矛盾を解消すること。
• ガイヤDR2およびヒッパルコスのデータから得られるアストロメトリックな自己運動異常を用いて、近接連星系を同定・特徴化すること。
• 連星同伴の同定を通じて、これらの星の進化状態の理解を深めること。

提案手法

• 対象星のガイヤDR2およびヒッパルコスの位置を組み合わせ、平均的自己運動を計算する。
• 主星の周囲を回る見えない伴星によって引き起こされる自己運動異常（PMa）を検出することで、連星性を特定する。
• 測定ノイズやアストロメトリック誤差とは区別できる統計的有意性の検定を実施する。
• 確認済み連星に対しては、PMaと分光的軌道パラメータを組み合わせ、伴星の質量を推定する。
• パララックスおよび自己運動データを用いて、最大半長径や軌道周期といった軌道パラメータを制約する。
• PMaの振幅と有意性に基づいて分類を行い、確認済み連星と候補者を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セフェイド星が標準標準光源として極めて重要であることを踏まえ、銀河系の古典的セフェイド星における真の連星頻度は何か？
• RQ2 RR Lyrae星の観測された連星頻度が非常に低い（現時点で1例のみ確認済み）のはなぜか。これは観測バイアスに起因するのだろうか？
• RQ3 ガイヤDR2データにおける自己運動異常は、セフェイド星およびRR Lyrae星においてこれまでに検出されていなかった近接連星系を明らかにできるか？
• RQ4 アストロメトリックなPMaと分光的データを組み合わせることで、連星系の質量推定をどのように改善できるか？
• RQ5 新たに検出された連星系の軌道的特徴（例：半長径、周期）は何か？

主な発見

• 254個のテスト対象星のうち、57例の確認済み古典的セフェイド連星が自己運動異常から同定され、80％以上の連星率であることが示された。
• さらに75例のセフェイド候補が同定され、真の連星頻度はさらに高い可能性があると示唆された。
• 198個のテスト対象星のうち13例のRR Lyrae星が顕著な自己運動異常を示し、61例の追加候補が得られた。これにより、少なくとも7％の連星頻度であると示唆された。
• 28例の確認済みセフェイド連星について、アストロメトリックなPMaと分光的軌道解を組み合わせて伴星の質量を推定した。
• 検出されたRR Lyrae連星の最大半長径は0.1～20.7 au、軌道周期は1.5～136,000年であった。
• RR Lyrae連星の顕著な数の同定により、長年の謎であったこれらの星の連星系における顕著な希少性の問題が解消された。