[論文レビュー] Reanalysis of c-type RR Lyrae Variable BE Dor, Period Modulations and Possible Mechanism

Longjiang Li, S-B Qian+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2021

Railway Engineering and Dynamics参考文献 45被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、DASCH、MACHO、OGLE、ASAS-SN、TESSの複数エポックの光度計測データを用いて、c型RR Lyrae星BE Dorを再分析し、突然のジャンプを伴う準周期的周期変調を明らかにした。これは、従来想定されていた光時遅れ効果とは矛盾する。著者らは、Stothersのモデルに従い、イオン化領域における乱流対流と磁場の相互作用がこの変調を説明すると提案する。この仮説は、KIC 9453114のような類似星におけるO−C変動の振幅とマクロ乱流速度の相関関係によって裏付けられる。

ABSTRACT

We reanalyzed the c-type RR Lyrae star BE Dor (MACHO 5.4644.8, OGLE-LMC-RRLYR-06002) that had been discovered to show cyclic period changes. The photometric data of several sky surveys (DASCH, MACHO, OGLE, ASAS-SN, and TESS) were used for analyses. The O-C diagram and pulsation period obtained from Fourier analysis show significant period modulations in BE Dor. However, different from the previous viewpoint, the changes are quasi-periodic and abrupt. Therefore, the light-travel time effect caused by the companion motion cannot explain the changes. Noting a same subtype star KIC 9453114 with similar phenomena has a high macroturbulent velocity, and the degree of O-C changes seem to be positively correlated with these velocities, we consider that the mechanism leading to period modulation should be caused by the interaction between turbulent convection and magnetic field activity in the ionization zone, i.e., the viewpoint of Stothers. It may not explain the general Blazhko effect but should explain such period modulations in BE Dor and those other c-type RR Lyrae stars. We hope our discoveries and viewpoints can provide some information and inspiration for relevant research.

研究の動機と目的

• 複数の天球スキャンから得た拡張された光度計測データを用いて、RRc星BE Dorの周期変調行動を再表現すること。
• 新しいデータと分析に基づき、BE Dorにおける周期変化の主な説明とされてきた光時遅れ効果を挑戦すること。
• 観測された周期変調が、星の磁気活動または乱流対流のような内部ダイナミクスと関連しているかどうかを調査すること。
• KIC 9453114を比較事例として用い、RRc星におけるマクロ乱流速度とO−C図の変動との関連を探索すること。

提案手法

• DASCH、MACHO、OGLE、ASAS-SN、TESSの5つの天球スキャンから光度計測データを収集し、相互に検証した。
• 周期の時間的変化を検出するために、O−C（観測値から計算値を差し引いたもの）図法を適用した。
• MACHO、OGLE、TESSの光曲線に対してフーリエ解析を実施し、脈動周期、平均等級、フーリエ係数を抽出した。
• KEPLER領域内の4つのRRc星（KIC 9453114を含む）におけるO−C変動とマクロ乱流速度（vmac）を比較した。
• Stothersのモデルが、イオン化領域における乱流対流と磁場の相互作用を説明するのに、観測された変調と整合するかどうかを評価した。
• 時系列解析を用いて、特にOGLE観測期間中にO−C図に突然のジャンプが観測されたかどうかを検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BE Dorにおける周期変調は真に周期的であるのか、それとも光時遅れ効果とは整合しない準周期的かつ突然の変化を示すのか？
• RQ2 BE Dorにおける観測された周期変調は、星の進化または伴星による軌道運動によって説明可能か？
• RQ3 マクロ乱流速度がRRc星におけるO−C図の変動を駆動するか、あるいはそれと相関する役割を果たすのか？
• RQ4 Stothersのモデルが、乱流対流と磁場の相互作用を説明するものとして、BE Dorおよび類似星における観測された変調を説明するのに妥当なメカニズムを提供するか？
• RQ5 BE DorにおけるO−C変動は、特に高いマクロ乱流速度を示すKIC 9453114のような他のRRc星と比較してどう異なるのか？

主な発見

• BE DorのO−C図は、約8.1年周期の準周期的変調に加え、OGLE観測期間中に突然のジャンプを示しており、以前に報告された7.95年周期とは矛盾する。
• 二重星伴星による光時遅れ効果では、観測されたO−C変動を説明できない。変動は厳密に周期的ではなく、急激なジャンプを含むためである。
• MACHO、OGLE、TESSの光曲線に対するフーリエ解析により、脈動周期の顕著な変調が確認された。一方、振幅や位相の変動は弱く、二次的な変動を示した。
• O−C変動の振幅とマクロ乱流速度（vmac）との間に強い相関関係が確認された。KIC 9453114は最も高いvmac（29.3 km s⁻¹）を示し、最も顕著なO−C変化を示した。
• BE Dorおよび類似するRRc星における観測された変調は、一般のBlazhko効果よりも、Stothersのメカニズム（イオン化領域における乱流対流と磁場の相互作用）によって最もよく説明できる。
• 本研究は、高いマクロ乱流速度がRRc星における顕著な周期変調の重要な指標である可能性を示唆し、このようなシステムを同定するための新しい診断ツールを提供する。