[論文レビュー] The EBLM Project

Alexander von Boetticher, A. H. M. J. Triaud+29 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、地上望遠鏡およびCORALIE分光計の光度および径運動速度データを用いて、10個の食連星系に含まれる完全対流型で非常に低質量の星（M⋆ ≲ 0.35 M⊙）の質量、半径、表面重力加速度を決定した。結果は星の進化モデルと良好に一致しており、予測値に対して1.6 ± 1.2%の系式的な半径の膨張にとどまり、半径と母星の金属量の間には相関が認められ、軌道周期との相関は認められなかった。

ABSTRACT

Measurements of the physical properties of stars at the lower end of the main sequence are scarce. In this context we report masses, radii and surface gravities of ten very-low-mass stars in eclipsing binary systems, with orbital periods of the order of several days. The objects probe the stellar mass-radius relation in the fully convective regime, $M_\star \lesssim 0.35$ M$_\odot$, down to the hydrogen burning mass-limit, $M_{\mathrm{HB}} \sim 0.07$ M$_\odot$. The stars were detected by the WASP survey for transiting extra-solar planets, as low-mass, eclipsing companions orbiting more massive, F- and G-type host stars. We use eclipse observations of the host stars (TRAPPIST, Leonhard Euler, SPECULOOS telescopes), and radial velocities of the host stars (CORALIE spectrograph), to determine physical properties of the low-mass companions. Companion surface gravities are derived from the eclipse and orbital parameters of each system. Spectroscopic measurements of the host star effective temperature and metallicity are used to infer the host star mass and age from stellar evolution models. Masses and radii of the low-mass companions are then derived from the eclipse and orbital parameters of each system. The objects are compared to stellar evolution models for low-mass stars, to test for an effect of the stellar metallicity and orbital period on the radius of low-mass stars in close binary systems. Measurements are in good agreement with stellar models; an inflation of the radii of low-mass stars with respect to model predictions is limited to 1.6 $\pm$ 1.2% in the fully convective regime. The sample of ten objects indicates a scaling of the radius of low-mass stars with the host star metallicity. No correlation between stellar radii and orbital periods of the binary systems is determined. A combined analysis with comparable objects from the literature is consistent with this result.

研究の動機と目的

• 完全対流型で食を示す連星系に含まれる非常に低質量星（M⋆ ≲ 0.35 M⊙）の正確な質量、半径、表面重力加速度を測定すること。
• 水素核融合限界付近の完全対流領域における星の進化モデルの正確性を検証すること（MHB ≈ 0.07 M⊙）。
• 近接連星系に含まれる低質量星の半径に、母星の金属量および軌道周期が及ぼす影響を調査すること。
• 低質量星の半径について、実測値とモデル予測値との間の系統的差異を評価すること。

提案手法

• TRAPPIST、レオナルド・ユーリー、SPECULOOS望遠鏡の食光曲線を用いて、各連星系の軌道パラメータおよび食パラメータを導出した。
• 主星の径運動速度測定をCORALIE分光計を用いて行い、軌道要素および母星質量を決定した。
• 太陽型星の星の進化モデルを、効果的温度および金属量といった分光的制約に適合させることで、母星の質量および年齢を推定した。
• ケプラーの法則および端面減光モデルを用いて、食の深さ、持続時間、軌道パラメータから、低質量の伴星の質量および半径を導出した。
• 母星質量に依存せずに、食および軌道パラメータから伴星の表面重力加速度を計算した。
• マーカフ連鎖モンテカルロ（MCMC）サンプリングを用いて、質量、半径、表面重力加速度の事後分布を生成し、可視化にはカーネル密度推定法を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全対流領域における非常に低質量星の実測値は、星の進化モデルの予測値からどの程度乖離しているか？
• RQ2 近接連星系に含まれる低質量星の半径は、その母星の金属量と相関しているか？
• RQ3 連星系の軌道周期に、星の半径に顕著な依存性があるか？
• RQ4 これらの星の物理的性質は、Gaia DR2の光度および視差測定から得られた値とどのように比較できるか？

主な発見

• 非常に低質量星の半径は、完全対流領域における星の進化モデル予測値に対して、わずか1.6 ± 1.2%の系統的膨張にとどまる。
• 低質量星の半径と母星の金属量との間に有意な相関が認められ、金属量依存の半径スケーリングが示唆された。
• 10個のシステムのサンプルにおいて、星の半径と軌道周期との間に統計的に有意な相関は認められなかった。
• 10個の新規システムと文献から得た13個のシステムを統合的に分析した結果、軌道周期依存性の欠如が確認され、金属量-半径スケーリングが支持された。
• Gaia DR2の光度およびアストロメトリック推定値は、導出された半径および温度と良好に一致していたが、アストロメトリック適合度が悪いシステム（GOFAL > 8）を除いてはそうであった。
• 伴星の表面重力加速度測定は、母星質量に依存せず、MCMC事後分布が伴星質量とlog gとの間に相関がないことからも確認された。