[論文レビュー] Spot and Facula Activity Variations of the Eccentric Detached Eclipsing Binary KIC 8098300 Based on the Time-series Orbital Solutions

Hubiao Niu, Jian-Ning Fu+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、LAMOST径運動速度測定値とKepler光度計測データを組み合わせ、離心率が大きい分離型食連星KIC 8098300における sunspot および facula 活動をモデル化する。トモグラフィック分離法とPHOEBEを用いた光曲線モデリングにより、正確な軌道的・星間パラメータが導出され、多数の単一主系列星と比較して、長寿命だが弱いsunspot/facula 活動が示され、微分回転の証拠およびsunspot 活動モードからfacula 活動モードへの遷移の可能性が示唆される。

ABSTRACT

The LAMOST spectra and $\it{Kepler}$ light curves are combined to investigate the detached eclipsing binary KIC 8098300, which shows the O'Connell effect caused by spot/facula modulation. The radial velocity (RV) measurements are derived by using the tomographic spectra disentangling technology. The mass ratio $q = K_1/K_2 = 0.812 \pm 0.007$, and the orbital semi-major axis $a\mathrm{\sin}i = 14.984 \pm 0.048\ R_\odot$ are obtained by fitting the RV curves. We optimize the binary model concerning the spot/facula activity with the code PHOEBE and obtain precise parameters of the orbit including the eccentricity $e=0.0217 \pm 0.0008$, the inclination $i=87.71\pm 0.04^\circ$, and the angle of periastron $\omega=284.1\pm 0.5^\circ$. The masses and radii of the primary and secondary star are determined as $M_1=1.3467 \pm 0.0001\ M_\odot$, $R_1=1.569 \pm 0.003\ R_\odot$, and $M_2=1.0940 \pm 0.0001\ M_\odot$, $R_2=1.078 \pm 0.002\ R_\odot$, respectively. The ratio of temperatures of the two component stars is $r_{teff}=0.924 \pm 0.001$. We also obtain the periastron precession speed of $0.000024\pm 0.000001\ \mathrm{d}\ cycle^{-1}$. The residuals of out-of-eclipse are analyzed using the Auto-Correlation Function (ACF) and the Discrete Fourier Transform (DFT). The spot/facula activity is relatively weaker, but the lifetime is longer than that of most single main sequence stars in the same temperature range. The average rotation period of the spots $P_{rot}=4.32\ d$ is slightly longer than the orbital period, which may be caused by either the migration of spots/faculae along the longitude or the latitudinal differential rotation. The activity may be spot-dominated for the secondary star and facula-dominated for the primary star.

研究の動機と目的

• 複数エポックの分光的および光度計測データを用いて、離心率が大きい分離型食連星KIC 8098300におけるsunspotおよびfacula 活動を調査すること。
• 時系列軌道解のフィッティングを通じて、正確な軌道的および星間パラメータを決定すること。
• 同温度範囲の単一主系列星と比較して、この連星系の活動行動を評価すること。
• 連星系における活動領域の寿命、回転周期、経度方向移動の性質を調査すること。
• 前述の太陽型星に関する先行研究が示唆するように、この系がsunspot優勢モードからfacula 優勢モードへの遷移を経験しているかどうかを評価すること。

提案手法

• LAMOST時系列スペクトルにトモグラフィック分離法を適用し、KIC 8098300の両星の径速度を導出する。
• 径速度曲線をフィッティングして、質量比（q = 0.812 ± 0.007）および半径（asini = 14.984 ± 0.048 R⊙）を決定する。
• PHOEBEコードを用いて、spotおよびfacula 構造を含むKepler光曲線をモデリングし、離心率（e = 0.0217 ± 0.0008）、傾き（i = 87.71 ± 0.04°）、近日点の長さ（ω = 284.1 ± 0.5°）を含む軌道パラメータを最適化する。
• 264サイクルにわたる周期ごとの光曲線モデリングをScipyの曲線フィッティングを用いて実施し、最終パラメータを平均化する。
• 食以外の光曲線からの残差を自己相関関数（ACF）および離散フーリエ変換（DFT）を用いて解析し、活動領域の寿命および回転周期を推定する。
• Gilesら（2017）の1774個の単一主系列星のサンプルと比較することで、相対的な活動強度および持続性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離心率が大きい分離型連星KIC 8098300の正確な軌道的および星間パラメータ（質量、半径、温度比）は何か？
• RQ2 KIC 8098300におけるsunspot/facula 活動は、同温度範囲の単一主系列星と比較して、強度および持続性においてどのように異なるか？
• RQ3 この連星系の活動は、sunspot に支配されているか、facula に支配されているか？ また、両モード間の遷移が進行中であるか？
• RQ4 活動領域の回転周期は何か？ そして、それが軌道周期と異なるのはなぜか？
• RQ5 両星の活動領域に経度方向移動または微分回転の証拠があるか？

主な発見

• 主星の質量は1.3467 ± 0.0001 M⊙、半径は1.569 ± 0.003 R⊙であり、副星はM2 = 1.0940 ± 0.0001 M⊙、R2 = 1.078 ± 0.002 R⊙である。
• 温度比は rteff = 0.924 ± 0.001 であり、副星の有効温度は Teff2 = 5936 ± 25 K である。
• 軌道離心率は e = 0.0217 ± 0.0008、傾きは i = 87.71 ± 0.04°、近日点の長さは ω = 284.1 ± 0.5° である。
• 近日点の歳差率は 0.000024 ± 0.000001 d⁻¹ で測定され、潮汐的または磁気的効果による軌道進化を示唆している。
• 活動領域の平均回転周期は Prot = 4.32 d であり、軌道周期（4.3059177 d）よりもわずかに長い。これは、経度方向移動または緯度方向微分回転の可能性を示唆している。
• KIC 8098300におけるsunspot/facula 活動は、同温度範囲の多数の単一主系列星と比較して弱い（rmsが小さい）が、活動領域の寿命は長く、系はsunspot優勢モードからfacula 優勢モードへの遷移段階にある可能性がある。