[論文レビュー] PENELLOPE II. CVSO 104: a pre-main sequence close binary with an optical companion in Ori OB1

A. Frasca, H. M. J. Boffin+15 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2021

Scientific Research and Discoveries参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、オリオンOB1の原始星系列CVSO 104の最初のスペクトロスコピック軌道を提示し、5日間の公軌道周期、質量比0.92、および円周星間ディスクを示す顕著な赤外線過剰を明らかにした。両成分は類似した速度で降着しており、HαおよびHβ線に広がった発光特徴が100 km s⁻¹以上システム速度からシフトしており、これはディスクからの降着ホースに起因すると考えられるが、約5 Myr経過後も非円形の軌道を維持している。

ABSTRACT

We present results of our study of the close pre-main sequence spectroscopic binary CVSO 104 in Ori OB1, based on data obtained within the PENELLOPE legacy program. We derive, for the first time, the orbital elements of the system and the stellar parameters of the two components. The system is composed of two early M-type stars and has an orbital period of about 5 days and a mass ratio of 0.92, but contrarily to expectations does not appear to have a tertiary companion. Both components have been (quasi-)synchronized, but the orbit is still very eccentric. The spectral energy distribution clearly displays a significant infrared excess compatible with a circumbinary disk. The analysis of HeI and Balmer line profiles, after the removal of the composite photospheric spectrum, reveals that both components are accreting at a similar level. We also observe excess emission in H$\alpha$ and H$\beta$, which appears redshifted or blueshifted by more than 100 km/s with respect to the mass center of the system depending on the orbital phase. This additional emission could be connected with accretion structures, such as funnels of matter from the circumbinary disk. We also analyze the optical companion located at about 2".4 from the spectroscopic binary. This companion, that we named CVSO 104B, turns out to be a background Sun-like star not physically associated with the PMS system and not belonging to Ori OB1.

研究の動機と目的

• オリオンOB1の原始星系列スペクトロスコピック連星CVSO 104の軌道的および星体的パラメータを特定すること。
• 若い連星系における降着プロセスに及ぼす円周星間ディスクの存在とその影響を調査すること。
• その近接連星構造および非円形軌道を踏まえて、第三の恒星が存在するかを評価すること。
• Hα、HβおよびHe iの運動学的および発光線プロファイルを分析し、降着ダイナミクスおよびディスク構造を推察すること。
• 光学的伴星CVSO 104 Bが連星系およびオリオンOB1と物理的に関連しているかを明確にすること。

提案手法

• VLTを用いた高分解能分光観測をPENELLOPEレガシープログラムの一部として取得し、連星成分の径速度変動をモデル化した。
• 径速度曲線のフィッティングを実施し、周期（P ≈ 5日）、離心率、質量比（q ≈ 0.92）を含む軌道要素を導出。
• 合成光球スペクトルを作成し、それを差し引くことでHα、HβおよびHe i線の発光特徴を分離。
• [O i] λ6300Å線の運動学的特性（速度シフト、FWHM）を分析し、ディスク発光の位置および運動学的性質を調査。
• スペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを用いて、円周星間ディスクの存在と範囲（≥4.5 au、≥960 R⊙）を推定。
• 地上望遠鏡（AAVSO、TESS）および宇宙望遠鏡の光度観測を統合し、ランダムな変動および降着バーストの兆候を検出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オリオンOB1の原始星系列連星CVSO 104の軌道的および星体的パラメータは何か？
• RQ2 円周星間ディスクが存在する証拠はあるか？その範囲および質量分布は？
• RQ3 連星の両成分は類似した降着速度を示すか？また、発光線プロファイルは軌道位相に応じてどのように変化するか？
• RQ4 HαおよびHβ線に観測される広がった非対称な発光特徴は、システム速度から100 km s⁻¹以上シフトしているが、その原因は何か？
• RQ5 光学的伴星CVSO 104 Bは連星系と物理的に関連しているのか、それとも背景の星なのか？

主な発見

• CVSO 104の公軌道周期は5.02日であり、質量比0.92であるため、ほぼ等質量の連星系であることが示された。
• SEDにおける顕著な赤外線過剰は、少なくとも4.5 au（960 R⊙）まで延びる円周星間ディスクによって最もよく説明される。
• 両成分は（準）同期化しており、v sin i ≈ 6–7 km s⁻¹であるが、軌道は非円形のままであり、約5 Myr経過後も完全な円形化とは一致しない。
• HαおよびHβ線の発光線に、システム速度から100 km s⁻¹以上シフトした広がった過剰成分が観測され、高エネルギーの噴流または降着ホースを示唆している。
• [O i] λ6300Å線の狭い成分は、約1 auの範囲を有する円周星間ディスク領域からの発光を示している。
• 光学的伴星CVSO 104 Bは距離約670 pcの背景の太陽型星であり、366 pc離れたPMS連星系とは関連がない。