[論文レビュー] The EBLM Project I-Physical and orbital parameters, including spin-orbit angles, of two low-mass eclipsing binaries on opposite sides of the Brown Dwarf limit

A. H. M. J. Triaud, Leslie Hebb+19 more|Figshare|Aug 24, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 110被引用数 51

ひとこと要約

本論文は、地上望遠鏡からの多波長光度測定および径運動速度測定を用いて、2つの低質量食連星（WASP-30b（トランジットする褐色矮星）およびJ1219–39b（95±2 M_Jup、恒星と褐色矮星の境界付近））の正確な物理的・軌道的パラメータ、特に自転軌道角を提示する。両システムとも、主星の赤道面と軌道面が整列しており、J1219–39bについては理論的な質量-半径関係と整合的であるが、WASP-30bはその上に位置しており、膨張の可能性やモデルの限界を示唆している。

ABSTRACT

This paper introduces a series of papers aiming to study the dozens of low mass eclipsing binaries (EBLM), with F, G, K primaries, that have been discovered in the course of the WASP survey. Our objects are mostly single-line binaries whose eclipses have been detected by WASP and were initially followed up as potential planetary transit candidates. These have bright primaries, which facilitates spectroscopic observations during transit and allows the study of the spin-orbit distribution of F, G, K+M eclipsing binaries through the Rossiter-McLaughlin effect. Here we report on the spin-orbit angle of WASP-30b, a transiting brown dwarf, and improve its orbital parameters. We also present the mass, radius, spin-orbit angle and orbital parameters of a new eclipsing binary, J1219-39b (1SWAPJ121921.03-395125.6, TYC 7760-484-1), which, with a mass of 95 +/- 2 Mjup, is close to the limit between brown dwarfs and stars. We find that both objects orbit in planes that appear aligned with their primaries' equatorial planes. Neither primaries are synchronous. J1219-39b has a modestly eccentric orbit and is in agreement with the theoretical mass--radius relationship, whereas WASP-30b lies above it.

研究の動機と目的

• F型、G型、K型の主星とM矮星または褐色矮星の第二星を有する低質量食連星（EBLMs）を特徴づけることにより、0.4 M_⊙未満の質量-半径図の空白を埋める。
• トランジットする褐色矮星および低質量星を有するシステムにおいて、ロシーター＝マクラウリン効果を用いて自転軌道角を測定すること。
• 観測された質量と半径を理論的予測と比較することで、星の進化モデルを検証すること、特に水素燃焼限界付近のM矮星および褐色矮星に対して行う。
• スペクトロスコピックに導かれたvsini値とロシーター＝マクラウリン効果から導かれたvsini値の差異を調査し、マクロ湍流の補正の正確性を評価すること。
• 高質量連星系および系外惑星系と比較することで、低質量連星系の力学的歴史および潮汐相互作用を調査すること。

提案手法

• 南アフリカのスザーランドに設置されたWASP-Southの光度測定と、ESO 3.6 mおよび1.2 m望遠鏡に搭載されたCORALIEおよびHARPS分光計による径運動速度測定を統合する。
• チリのラ・シルヤに設置された1.2 m Euler望遠鏡のEulerCamカメラおよび同様にラ・シルヤに設置された自律型60 cm TRAPPIST望遠鏡からの光度測定を用いる。
• 光曲線と径運動速度曲線を同時にモデリングすることで、質量、半径、軌道パラメータ、および系の軌道傾きを導出する。
• ロシーター＝マクラウリン効果を用いて自転軌道角（β）を測定し、主星の自転速度（V sin i*）を推定する。
• F型、G型、K型主星の大気および進化モデルを用いて、系の金属量を導出し、星のパラメータを制約する。
• 観測された質量-半径分布をBaraffeら（2003）の10-Gyr進化軌道と比較し、モデルとの整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WASP-30bおよびJ1219–39bという、褐色矮星の限界をまたぐ2つの低質量食連星の正確な質量、半径、および軌道パラメータは何か？
• RQ2 これらのシステムの軌道面は、主星の自転軸と整列しているか、自転軌道角の測定によって示唆されるか？
• RQ3 これらの物体の観測された質量-半径関係は、理論的な星の進化モデルとどのように比較されるか？
• RQ4 スペクトロスコピックに導かれたvsini値とロシーター＝マクラウリン効果から導かれたvsini値の間に差異が生じる理由は何か？
• RQ5 ロシーター＝マクラウリン効果は、低質量連星系における星の自転速度およびマクロ湍流の測定に信頼できるツールとして使用できるか？

主な発見

• 質量約63 M_Jupのトランジットする褐色矮星WASP-30bは、整列した自転軌道角（β ≈ 0°）を示しており、共面軌道であることを示唆している。
• 質量95±2 M_JupのJ1219–39bは、水素燃焼限界のわずか下に位置し、自転軌道角が整列していることが確認された。
• J1219–39bの質量-半径関係は、10-Gyr理論的進化軌道と良好に一致しており、モデル予測を支持する。
• WASP-30bの観測された半径は理論的質量-半径関係の上に位置しており、膨張の可能性またはモデルの欠陥を示唆している。
• スペクトロスコピックに導かれたvsini値とロシーター＝マクラウリン効果から導かれたvsini値の間に差異が認められ、マクロ湍流補正による過大評価の可能性が示唆された。
• これらのシステムは同期していない。J1219–39bはわずかに離心率の高い軌道（e ≈ 0.05）を示しており、潮汐進化モデルと整合的である。