[論文レビュー] The EBLM Project VI. The mass and radius of five low-mass stars in F+M binaries discovered by the WASP survey

Samuel Gill, P. F. L. Maxted+31 more|Edinburgh Research Explorer|Apr 29, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 104被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、WASP調査によって発見されたF+M食連星系の5つの低質量M型矮星の質量と半径を、同時に径速度と光度曲線のモデリングによって測定した。星の膨張の兆候はほとんど認められないが、端面減光則、第三光成分の混入、星の進化モデルのパラメータ（混合長パラメータやヘリウム含有量など）の不確実性が、M型矮星の質量・半径推定値に最大5–8%の系関的誤差をもたらす可能性があることが指摘された。

ABSTRACT

Some M-dwarfs around F-/G-type stars have been measured to be hotter and larger than predicted by stellar evolution models. Inconsistencies between observations and models need addressing with more mass, radius and luminosity measurements of low-mass stars to test and refine evolutionary models. Our aim is to measure the masses, radii and ages of the stars in five low-mass eclipsing binary systems discovered by the WASP survey. We use WASP photometry to establish eclipse-time ephemerides and to obtain initial estimates for the transit depth and width. Radial velocity measurements were simultaneously fitted with follow-up photometry to find the best-fitting orbital solution. This solution was combined with measurements of atmospheric parameters to interpolate evolutionary models and estimate the mass of the primary star, and the mass and radius of the M-dwarf companion. We assess how the best fitting orbital solution changes if an alternative limb-darkening law is used and quantify the systematic effects of unresolved companions. We also gauge how the best-fitting evolutionary model changes if different values are used for the mixing length parameter and helium enhancement. We report the mass and radius of five M-dwarfs and find little evidence of inflation with respect to evolutionary models. The primary stars in two systems are near the ``blue hook'' stage of their post sequence evolution, resulting in two possible solutions for mass and age. We find that choices in helium enhancement and mixing-length parameter can introduce an additional 3-5\,\% uncertainty in measured M-dwarf mass. Unresolved companions can introduce an additional 3-8\% uncertainty in the radius of an M-dwarf, while the choice of limb-darkening law can introduce up to an additional 2\% uncertainty.

研究の動機と目的

• WASP調査によって発見されたF+M食連星系に属する5つの低質量M型矮星の正確な質量、半径、年齢を測定すること。
• 端面減光則、第三光成分の混入、星の進化モデルパラメータの選択に起因する星のパラメータにおける系統的不確実性を評価すること。
• 観測されたM型矮星が理論的モデルと比較して膨張しているかどうかを、特に低質量星進化に関する既知の不一致の文脈で検証すること。
• 解明されていない連星成分や軌道解法のフィッティングが、システムの物理的性質に与える影響を評価すること。
• 星の進化モデルを精緻化・検証するため、M型矮星の性質に高精度の制約を提示すること。

提案手法

• 各食連星系の最良適合軌道解を得るために、径速度曲線と追跡観測光度曲線を同時にフィッティングする。
• Claretの4パラメータ端面減光則を用い、ldtkツールから得られる理論的係数を用いて2次式法と比較することで、端面減光則の感度を評価する。
• 大気温度（Teff）、[Fe/H]、log gを用いて、eblmmassコードによる進化モデル補間を適用し、質量、半径、年齢を推定する。
• 混合長パラメータ（αMLT）とヘリウム増幅（ΔY）といった主要パラメータを系統的に変化させ、それらが導出される星の性質に与える影響を定量化する。
• 特にJ2308−46のようなシステムで顕著な相関ノイズを考慮するため、赤色ノイズモデル（Matern-3/2カーネル）を導入する。
• 未解像化された連星成分からの10%の光度寄与をシミュレートすることで、第三光成分の混入が半径測定に与える影響を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 F+M連星系におけるM型矮星の同伴星の測定半径は、標準的な星の進化モデルの予測とどの程度整合しているか？
• RQ2 端面減光則の不確実性が、連星成分の半径および質量の推定値にどのように影響するか？
• RQ3 未解像化された連星成分に起因する第三光成分の混入が、M型矮星の半径測定の精度に及ぼす影響は何か？
• RQ4 星のモデルにおける混合長パラメータ（αMLT）およびヘリウム含有量（ΔY）の変動が、M型矮星同伴星の質量および年齢推定値に与える影響は何か？
• RQ5 観測されたM型矮星は理論的モデルと比較して膨張または収縮の兆候を示しているか？また、これらの結論はモデルおよび測定の不確実性のもとでも頑健か？

主な発見

• 5つのシステムにおけるM型矮星同伴星には、膨張の兆候はほとんど認められない。2つのシステム（J2308−46とJ1847+39）では、それぞれ2σおよび1.5σの有意水準で収縮の兆候が見られた。
• J0218−31は1σの範囲内でモデルと整合的であるが、中程度の証拠からやや収縮の可能性があると示唆されている。
• J2349−32では1σの半径の膨張が観測されたが、J1436−13は高い影響母数を示しており、膨張の評価は結論的に出せない。
• 端面減光則の選択により、M型矮星の半径測定に最大2%の追加不確実性が生じる。
• 未解像化された連星成分に起因する第三光成分の混入は、推定されるM型矮星の半径を3–8%まで増加させる可能性があり、光度の分離処理の必要性が強調される。
• 混合長パラメータ（αMLT）およびヘリウム増幅（ΔY）の不確実性は、M型矮星の質量推定値に最大3–5%の追加不確実性をもたらす。