[論文レビュー] The orbits of subdwarf-B + main-sequence binaries. II. Three eccentric systems; BD+29 3070, BD +34 1543 and Feige 87

J. Vos, R. H. Østensen+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 67被引用数 37

ひとこと要約

本研究は、高分解能分光法および光度測定法を用いて、3つの長周期準白色矮星B型星＋主系列星連星（BD+29 3070、BD+34 1543、Feige 87）の軌道的および大気的パラメータを決定した。その結果、軌道離心率が顕著に高く（e ≈ 0.11–0.16）、周期が936–1283日であることが判明した。これは、このような系では円形軌道を予測する現在の安定的ローチューブオーバーフロー（RLOF）モデルに反するものである。

ABSTRACT

The predicted orbital-period distribution of the subdwarf-B (sdB) population is bi-modal with a peak at short (< 10 days) and long (> 250 days) periods. Observationally, many short-period sdB systems are known, but the predicted long period peak is missing as orbits have only been determined for a few long-period systems. As these predictions are based on poorly understood binary-interaction processes, it is of prime importance to confront the predictions with reliable observational data. We therefore initiated a monitoring program to find and characterize long-period sdB stars. In this paper we aim to determine the orbital parameters of the three long-period sdB+MS binaries BD+29 3070, BD+34 1543 and Feige 87, to constrain their absolute dimensions and the physical parameters of the components. High-resolution spectroscopic time series were obtained with HERMES at the Mercator telescope on La Palma, and analyzed to determine the radial velocities of both the sdB and MS components. Photometry from the literature was used to construct the spectral-energy distribution (SED) of the binaries. Atmosphere models were used to fit these SEDs and to determine the surface gravities and temperatures of both components of all systems. Spectral analysis was used to check the results of the SEDs. An orbital period of 1283 +- 63 d, a mass ratio of q = 0.39 +- 0.04 and a significant non-zero eccentricity of e = 0.15 +- 0.01 were found for BD+29 3070. For BD+34 1543 we determined P = 972 +- 2 d, q = 0.57 +- 0.01 and again a clear non-zero eccentricity of e = 0.16 +- 0.01. Last, for Feige 87 we found P = 936 +- 2 d, q = 0.55 +- 0.01 and e = 0.11 +- 0.01. BD+29 3070, BD+34 1543 and Feige 87 are long period sdB + MS binaries on clearly eccentric orbits. These results are in conflict with the predictions of stable Roche-lobe overflow models.

研究の動機と目的

• 理論的予測とは対照的に観測的に稀な長周期準白色矮星B型星＋主系列星連星の軌道要素および物理的パラメータを特定すること。
• 特に安定的ローチューブオーバーフロー（RLOF）を含む連星進化モデルの予測を検証すること。長周期系では円形軌道を予想する。
• 大気的RLOFおよび金属量効果が1000日を超える軌道周期を延長する役割を果たすかどうかを評価すること。
• 複数の手法を用いた天体物理学的解析により、成分の質量、温度、重力、質量比を制約すること。
• 更新された連星集団合成モデル（特に増強された角運動量損失と大気的RLOFを組み込んだもの）と観測系の整合性を評価すること。

提案手法

• ラ・パルマのメルカトル望遠鏡に搭載されたHERMES分光計を用いて、高分解能分光時系列観測を実施した。
• クロス相関およびスペクトル分解技術を用いて、準白色矮星B型星および主系列星成分の径速度を測定した。
• 文献からの光度測定データを用いてスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、大気モデルとのフィットを適用して効果的温度および表面重力加速度を導出した。
• 分解済みスペクトルにおけるスペクトル線解析（例：鉄線）および重力赤方偏移測定を用いて、SEDから得られたパラメータの妥当性を検証した。
• ケプラー運動のフィッティングを用いて径速度曲線に適合し、離心率および質量比の制約を含む軌道解を決定した。
• Chenら（2013）のモデルと比較することで、周期–金属量関係の予測と観測結果の整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長周期準白色矮星B型星＋主系列星連星は、安定的ローチューブオーバーフローモデルの予測とは一致しない軌道離心率を示すか？
• RQ2 観測された軌道周期（936–1283日）は、大気的RLOFを含む更新された連星集団合成モデルの予測とどの程度整合するか？
• RQ3 SED、スペクトル線、重力赤方偏移の複数の独立手法から得られた大気的パラメータ（Teff、log g、質量比）は、どの程度一致するか？
• RQ4 観測された周期–金属量傾向は理論的モデルと整合的か？低金属量でも大気的RLOFが必要とされるか？
• RQ5 長周期系における離心軌道の存在は、現在の連星進化チャネルで説明可能か？それとも、離心率の増幅を引き起こすような新しいメカニズム（例：離心率ポンプ）を必要とするか？

主な発見

• BD+29 3070の軌道周期は1283 ± 63日、質量比は0.39 ± 0.04、離心率は0.15 ± 0.01である。
• BD+34 1543の軌道周期は972 ± 2日、質量比は0.57 ± 0.01、離心率は0.16 ± 0.01である。
• Feige 87の軌道周期は936 ± 2日、質量比は0.55 ± 0.01、離心率は0.11 ± 0.01である。
• 3系統すべてが顕著な軌道離心率を示しており、これは安定的ローチューブオーバーフローモデルが予想する円形軌道とは矛盾する。
• 金属量効果を考慮しても、Chenら（2013）の予測を上回る観測周期が得られており、あらゆる金属量において大気的RLOFの導入が不可欠であることを示唆している。
• SEDフィッティング、スペクトル線解析、重力赤方偏移から得られた大気的パラメータは、誤差範囲内で一致しており、結果の信頼性が裏付けられている。