[論文レビュー] The Optical Gravitational Lensing Experiment. Ellipsoidal Variability of Red Giants in the Large Magellanic Cloud

I. Soszyński, A. Udalski+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、OGLE-IIおよびOGLE-IIIの光度測定を用いて、大マゼラン雲の赤超巨星の間で1,546個の長周期の楕円形変光星および121個の食連星を同定した。楕円形変光星は、既知の長周期二次周期（LSP）シーケンスを延長する周期-光度（PL）関係に従うことが判明し、LSP現象と連星性の間の潜在的な関連性を示唆しているが、潮汐的円形化と離心軌道がこの解釈を複雑にする。

ABSTRACT

We used the OGLE-II and OGLE-III photometry of red giants in the Large Magellanic Cloud to select and study objects revealing ellipsoidal variability. We detected 1546 candidates for long period ellipsoidal variables and 121 eclipsing binary systems with clear ellipsoidal modulation. The ellipsoidal red giants follow a period-luminosity (PL) relationship (sequence E), and the scatter of the relation is correlated with the amplitude of variability: the larger the amplitude, the smaller the scatter. We note that some of the ellipsoidal candidates exhibit simultaneously OGLE Small Amplitude Red Giants pulsations. Thus, in some cases the Long Secondary Period (LSP) phenomenon can be explained by the ellipsoidal modulation. We also select about 1600 red giants with distinct LSP, which are not ellipsoidal variables. We discover that besides the sequence D in the PL diagram known before, the LSP giants form additional less numerous sequence for longer periods. We notice that the PL sequence of the ellipsoidal candidates is a direct continuation of the LSP sequence toward fainter stars, what might suggest that the LSP phenomenon is related to binarity but there are strong arguments against such a possibility. About 10% of the presented light curves reveal clear deformation by the eccentricity of the system orbits. The largest estimated eccentricity in our sample is about 0.4. All presented data, including individual BVI observations and finding charts are available from the OGLE Internet archive.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる光度測定調査を用いて、大マゼラン雲の赤超巨星に含まれる長周期楕円形変光星を同定・特徴づけること。
• 楕円形変光星と赤超巨星における長周期二次周期（LSP）現象との関連を調査すること。
• 軌道の離心率が楕円形変光星の光曲線の形状に与える役割を検討し、潮汐的円形化 timescale を評価すること。
• 楕円形変光星のPL関係が、LSPシーケンスの継続であるかどうかを検証し、LSP変光の背後に連星が関与している可能性を検討すること。
• 二重星の進化および潮汐的相互作用理論の検証に役立つ均一で高品質な楕円形変光星のサンプルを提供すること。

提案手法

• 1997年から2004年までの期間にわたり、Iバンドの光曲線をOGLE-IIおよびOGLE-III調査から取得し、差分画像解析（DIA）法を用いて高精度な光度測定を実施した。
• 光曲線に顕著な周期性があるかを同定するために、Fnpeaksプログラムを適用し、周期的変動を示す星を後続分析の対象とした。
• Nightfallソフトウェアを用いて、異なる離心率および軌道方位を持つ連星系における楕円形変光を模擬した。
• 光曲線の形状に基づき分類を実施：対称的な正弦波形（円形軌道）、非対称（離心軌道）、および小振幅の脈動が重畳されたもの（OSARGs）。
• OGLE-IIおよびOGLE-IIIの光度測定を統一されたスケールに合わせて補正し、データセット全体にわたる一貫性ある等級補正を確保した。
• 周期的変動と既知のPLシーケンスの照合、光曲線の対称性および振幅の解析を通じて候補を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大マゼラン雲に存在する楕円形変光星は一貫した周期-光度（PL）関係に従うか？ また、その関係は赤超巨星の既知のPLシーケンスとどのように関連しているか？
• RQ2 赤超巨星における長周期二次周期（LSP）現象は、連星の存在に起因する楕円形変光によって説明可能か？
• RQ3 楕円形変光星のうち、非対称な光曲線を示すものはどれくらいの割合か？ また、軌道の離心率の分布はどのようになっているか？
• RQ4 楕円形変光星のPLシーケンスは、LSPシーケンスの直接的な延長であるか？ これにより、LSPと連星性との間の物理的関連性が示唆されるか？
• RQ5 これらの系における潮汐的円形化 timescale と観測された軌道の離心率を比較すると、二重星の進化歴にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• 大マゼラン雲に、合計1,546個の長周期楕円形変光星候補および明確な楕円形変光を示す121個の食連星が同定された。
• 楕円形赤超巨星は明確な周期-光度（PL）関係（シーケンスE）に従い、散乱が変光振幅と逆相関している：振幅が大きいほど散乱が小さい。
• 楕円形変光星の約10％が非対称な光曲線を示し、これは離心軌道に起因するものと一致している。サンプル内で推定された最大離心率は e ≈ 0.4 である。
• 楕円形変光星のPLシーケンスは、明るさが弱くなる領域に向かってLSPシーケンスを直接的に延長しており、LSPと連星性との間の物理的関連性を示唆している。
• 一部の楕円形変光候補には、小振幅の脈動（OSARGs）が重畳しており、一部のケースではLSP現象が脈動ではなく、楕円形変光によって説明可能である可能性がある。
• 離心軌道を持つ楕円形変光星において、明るさと軌道周期の観測的相関は、長周期系が非ゼロの離心率を保つ可能性が高いことを支持しており、赤超巨星連星の潮汐的円形化 timescale が数千年程度であることに合致している。