[論文レビュー] Spectral modeling of circular massive binary systems: Towards an understanding of the Struve--Sahade effect?

Matthieu Palate, G. Rauw|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 16

ひとこと要約

本研究は、ローチェポテンシャル、フォン・ツアイルの重力減光、非局所熱平衡（NLTE）大気モデルを用いて、円形の質量を持つ連星系のスペクトルモデリングフレームワークを開発した。このモデルは、位相依存スペクトルを再現でき、ストルーヴェ＝サハデ効果が非対称な線の重ね合わせと対称的な分離処理の結果として生じる可能性があることを示唆し、この現象の物理的起源を前提とする仮定が一部のケースでは誤りである可能性を挑戦する。

ABSTRACT

Context: Some secondary effects are known to introduce variations in spectra of massive binaries. These phenomena (such as the Struve--Sahade effect, difficulties to determine properly the spectral type,...) have been reported and documented in the literature. Aims: We simulate the spectra of circular massive binaries at different phases of the orbital cycle and accounting for the gravitational influence of the companion star on the shape and physical properties of the stellar surface. Methods: We use the Roche potential to compute the stellar surface, von Zeipel theorem and reflection effects to compute the surface temperature. We then interpolate in a grid of NLTE plan-parallel atmosphere model spectra to obtain the local spectrum at each surface point. We finally sum all the contributions (accounting for the Doppler shift, limb-darkening, ...) to obtain the total spectrum. The computation is done for different orbital phases and for different sets of physical and orbital parameters. Results: Our first models reproduce the Struve--Sahade effect for several lines. Another effect, surface temperature distribution is visible but the distribution predicted by our current model is not yet consistent with observations. Conclusions: In some cases, the Struve--Sahade effect as well as more complex line intensity variations could be linked to blends of intrinsically asymmetric line profiles that are not appropriatly treated by the deblending routine. Systematic variations of lines for (nearly) contact systems are also predicted by the model.

研究の動機と目的

• 重力による変形と非一様な温度分布を考慮した円形の質量連星系の合成スペクトルをモデル化すること。
• 質量連星系におけるストルーヴェ＝サハデ効果の起源を調査すること。
• 非対称な線プロファイルを示す密な連星系におけるスペクトル分類および径速度測定の信頼性を評価すること。
• 従来の分離処理技術が、結合連星スペクトルから正確な線プロファイルを抽出する際の限界を評価すること。
• スペクトル分離処理が、個々の成分スペクトルを正確に導出するための強固な手法である可能性を検討すること。

提案手法

• 円形で共回転する連星系における星の変形形状を、ローチェポテンシャルを用いて計算する。
• フォン・ツアイルの定理と反射効果を適用し、局所的な重力と放射照度に基づいて非一様な表面温度分布を決定する。
• 局所的な表面状態をNLTE平面平行大気モデルのグリッドに補間し、局所スペクトルを計算する。
• すべての表面要素からの寄与（ドップラーシフト、端部減光、軌道位相効果を含む）を合算して、観測された合計スペクトルを合成する。
• 240×60の球面グリッド上で、反復的ニュートン・ラプソン法を用いてローチェ等ポテンシャル方程式を解く。
• 特にHD 100213について、観測された光曲線および径速度曲線と照合して結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量連星における非一様な温度分布および重力的変形が、位相ロックされたスペクトル線の変動をどの程度引き起こすか？
• RQ2 ストルーヴェ＝サハデ効果は、線分離処理における系統的誤差によって説明可能であり、それゆえに本質的な物理的効果ではなく、ある種の観測アーティファクトである可能性はあるか？
• RQ3 重ね合わせによる線プロファイルの非対称性が、質量連星における径速度測定およびスペクトル分類にどのように影響するか？
• RQ4 なぜモデルはHD 100213の観測された表面温度分布を再現できないのか？さらに追加の加熱機構（例：風相互作用領域）が必要となるのか？
• RQ5 十分な軌道位相サンプリングを用いたスペクトル分離処理は、正確な成分スペクトルを導出するための標準的な分離処理の代替手段として信頼できるか？

主な発見

• モデルは、複数のスペクトル線についてストルーヴェ＝サハデ効果を成功裏に再現した。これは、位相ロックされた強度変動が非対称な温度分布と視線幾何学的要因に起因することを示唆している。
• 弱い線との重ね合わせによる線プロファイルの非対称性が、対称的なプロファイル（例：ガウス分布やローレンツ分布）でフィッティングされた際に、ストルーヴェ＝サハデ効果として誤解される。
• 従来の分離処理手法は、ストルーヴェ＝サハデ効果を模倣する非対称な線プロファイル変動を生じさせる。これは、一部の系においてこの効果が観測アーティファクトである可能性を示唆している。
• 十分な軌道位相サンプリングを用いたスペクトル分離処理により、連星成分の正確な平均スペクトルが得られ、分類およびモデリングにおいて標準的な分離処理を上回る性能を示した。
• モデルは、表面温度の不均一性に起因する系統的な径速度変動を予測したが、HD 100213の観測された温度分布を再現できず、風の相互作用領域からの追加加熱が必要であると示唆した。
• ほぼ接触系では、非対称な照度と重力減光のため、強い系統的な線強度変動が予測され、観測結果と整合的である。