[論文レビュー] The 0.4-Mo Eclipsing Binary CU Cancri: Absolute Dimensions, Comparison with Evolutionary Models and Possible Evidence for a Circumstellar Dust Disk

I. Ribas|ArXiv.org|Nov 5, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用数 78

ひとこと要約

本研究では、新しいRバンドおよびIバンドの光度測定と分光データを組み合わせることで、0.4-M☉の日食連星CU Cancriの高精度な絶対的次元を提示している。その結果、星の進化モデルは低質量星の半径を最大で10%まで系atically小さく見積もっていることが判明した。この乖離は、効果的温度が低めであるか、周囲星間物質からの吸収によるものであり得、この若いM型連星の周囲に共面的なほこりの円盤が存在する可能性のある間接的証拠を示唆している。

ABSTRACT

Photometric observations in the R and I bands of the detached M-type double-lined eclipsing binary CU Cnc have been acquired and analysed. The photometric elements obtained from the analysis of the light curves have been combined with an existing spectroscopic solution to yield high-precision (errors<2%) absolute dimensions: M_A=0.4333+/-0.0017 Mo, M_B=0.3980+/-0.0014 Mo, R_A=0.4317+/-0.0052 Ro, and R_B=0.3908+/-0.0094 Ro. The mean effective temperature of the system has been estimated to be Teff=3140+/-150 K by comparing multi-band photometry with synthetic colors computed from model atmospheres. Additionally, we have been able to obtain an estimate for the age (~320 Myr) and chemical composition ([Fe/H]~0.0) of the binary system through its membership of the Castor moving group. With all these observational constraints, we have carried out a critical test of recent stellar models for low-mass stars. The comparison reveals that most evolutionary models underestimate the radius of the stars by as much as 10%, thus confirming the trend observed by Torres & Ribas (2002) for YY Gem and V818 Tau. In the mass-absolute magnitude diagram, CU Cnc is observed to be dimmer than other stars of the same mass. After ruling out a number of different scenarios, the apparent faintness of CU Cnc can be explained if its components are some 10% cooler than similar-mass stars or if there is some source of circumstellar dust absorption. The latter could be a tantalizing indirect evidence for a coplanar (Vega-like) dusty disk around this relatively young M-type binary.

研究の動機と目的

• 高精度な光度測定および分光データを用いて、低質量日食連星CU Cancriの正確な絶対的次元（質量、半径、温度）を特定すること。
• 良好に制約された連星系からの実測値と照らし合わせて、現在の低質量星の進化モデルの性能を検証すること。
• 低質量星における観測された光度と温度の予測値との間の乖離の原因を調査すること。
• Vバンドでの系の明るさの低下の原因として、周囲星間物質からの吸収が関与する可能性を検討すること。
• 下部主系列における星の年齢決定への影響を評価し、低質量星の進化モデルの見直しの必要性を検討すること。

提案手法

• Four College 0.8-m APTを用いて、HD 72093を比較星とし、HD 72358をチェック星として用いることで、変動の影響を最小限に抑えた高精度な微小光度測定をRバンドおよびIバンドで取得した。
• 既存の分光的軌道解を光度曲線と統合することで、2%未満の不確実性で高精度な質量および半径を導出した。
• 最新のモデル大気からの合成色と光学的および赤外域の多バンド光度測定を比較することで、平均効果的温度（3140 ± 150 K）を推定した。
• Castor動群への所属関係を用いて、系の年齢（約320 Myr）と金属量（[Fe/H] ≈ 0.0）を制約した。
• Baraffe et al. (BCA98)、Siess et al. (SFD97)、Swenson et al. (SFR94) の複数の星の進化モデルの予測値と観測物理的パラメータを比較した。
• VバンドおよびKバンドでの明るさの低下の背後にある可能性のある説明（星の活動、距離の誤差、年齢、化学組成）を検討し、それらを除外した。代わりに、温度が低めであるか、周囲星間物質からの吸収が原因である可能性が最も妥当であると結論づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の低質量星の進化モデルは、なぜCU Cancriに存在するM型星の半径を系atically小さく見積もっているのか？
• RQ2 質量-絶対等級図における類似質量星と比較して、CU Cancriの光度に顕著な乖離が生じる原因は何か？
• RQ3 周囲星間物質からの吸収が、Vバンドでの系の明るさの低下および赤みがかったスペクトルエネルギー分布を説明できるか？
• RQ4 若いM型連星CU Cancriの周囲に共面的でベガ型のほこりの円盤が存在する観測的証拠はあるか？
• RQ5 CU Cancriの実測質量および半径の測定値は、低質量星の進化モデルの正確性をどのように制約するか？

主な発見

• 成分の絶対的質量は高精度に測定された：M_A = 0.4333 ± 0.0017 M☉ および M_B = 0.3980 ± 0.0014 M☉。
• 半径はそれぞれ R_A = 0.4317 ± 0.0052 R☉ および R_B = 0.3908 ± 0.0094 R☉ と決定され、誤差は2%未満であった。
• 平均効果的温度は、多バンド光度測定とモデル大気からの合成色を比較することで、3140 ± 150 K と推定された。
• 星の進化モデル、特に Baraffe et al. (BCA98) および Siess et al. (SFD97) は、観測値よりも最大で10%小さい半径を予測しており、低質量星において知られている傾向を裏付けた。
• CU Cancriは、同質量の星と比較してVバンドで1.4 mag、Kバンドで0.35 mag明るさが低く、顕著な光度の乖離が確認された。
• 光度の乖離の最も妥当な説明は、星が予想より約10%温度が低い、あるいは周囲星間物質からの吸収が存在する可能性であり、後者は共面的ほこりの円盤が存在する可能性のある魅力的な間接的証拠を示唆している。