[論文レビュー] The Photometric Study of Six W UMa Systems and Investigation of the Mass-Radius Relations for Contact Binary Stars

Atila Poro, Ehsan Paki+14 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、27夜にわたる複数観測所による光度観測を用いて、6つのW UMa接触連星系（EI Oct、V336 TrA、NX Boo、V356 Boo、PS Boo、V2282 Cyg）の初の光度解析を実施した。MCMC適合光曲線解法とGaia EDR3パラレルスを用いて、更新された絶対的パラメータを導出し、接触連星の進化に関する新たな質量-半径（M−R）および質量比-半径比関係を確立した。その結果、V336 TrAおよびPS Booで公転周期の増加が確認され、接触連星の進化に新たな知見が得られた。

ABSTRACT

We present the photometric analysis of six short-period systems (EI Oct, V336 TrA, NX Boo, V356 Boo, PS Boo, and V2282 Cyg). This is the first photometric analysis of these systems except for V336 TrA. Observations were conducted for 27 nights at three observatories in the northern and southern hemispheres. We calculated a new ephemeris for each of the systems using our minimum times and additional literature. The Markov Chain Monte Carlo (MCMC) approach was used to determine the eclipse timing variation trends of the systems. We found a likely orbital growth for V336 TrA and PS Boo; four other systems show a linear trend in orbital period changes, which is most likely due to the accumulation of measurement errors in their linear ephemeris parameters. The light curve analysis was performed using the Physics of Eclipsing Binaries (PHOEBE) 2.3.59 version code with the MCMC approach. The absolute parameters of the systems were calculated by using the Gaia Early Data Release 3 (EDR3) parallax. The positions of the systems were also depicted on the Hertzsprung-Russell (H-R) and $logJ_0-logM$ diagrams. According to a sample, we were able to present relations for the mass-radius (M-R) relationships of contact binary systems. There is also a strong relationship between the mass ratio and the radius ratio in the W UMa systems for which we also provided a new relation. We compared the M-R updated relationships in this study with seven systems in other studies obtained using the spectroscopic method. In addition, we estimated some of the absolute parameters for 1734 EW systems, based on the new relationships.

研究の動機と目的

• 6つの短周期W UMa接触連星系に対する初の光度曲線解析を実施すること。
• MCMC適合最小時刻を用いて更新されたエフェマリスを導出し、食時刻変動（ETVs）を検出すること。
• PHOEBE 2.3.59とGaia EDR3パラレルスを用いて、絶対的物理パラメータ（質量、半径、光度）を導出すること。
• W UMa系に新たな質量-半径（M−R）および質量比-半径比関係を確立すること。
• 導出されたM−R関係を用いて、文献に記載された1,734個のEW系の絶対的パラメータを推定すること。

提案手法

• 3か所の観測所（両半球）で27夜にわたる多段階光度観測を実施した。
• 最小時刻を抽出し、残差を最小化するためMCMC適合を用いて新たなエフェマリスを計算した。
• PHOEBE 2.3.59を用い、MCMCを用いてシステムパラメータを同定するための光曲線解法をモデル化した。
• Gaia EDR3パラレルスを用いて、6系統のシステムの絶対的物理パラメータ（質量、半径、光度）を計算した。
• 6系統のデータからM−Rおよびq−R関係を導出し、7つの分光的に決定された系統と比較した。
• 新たに導出されたM−R関係を用いて、文献に記載された1,734個のEW系統のパラメータを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 本研究で対象とした6つのW UMa系の更新されたエフェマリスおよび食時刻変動（ETVs）は何か？
• RQ2 分光的研究から得られたM−R関係と比較して、本研究で導出されたW UMa系のM−R関係はどのように異なるか？
• RQ3 W UMa系における質量比（q）と半径比（R1/R2）の関係は何か？新たな経験的関係を確立できるか？
• RQ4 これらの系で観測された公転周期の傾向は、真の物理的変化か、測定誤差によるものか、どの程度の影響を受けるか？
• RQ5 新たに導出されたM−R関係は、大規模なEW系統のパラメータ推定に信頼性を持って外挿できるか？

主な発見

• V336 TrAおよびPS Booで公転周期の増加が有意に検出され、物理的質量移動または角運動量損失の可能性が示唆された。
• NX Boo、V356 Boo、V2282 Cyg、EI Octの4系統で線形エフェマリス傾向が確認され、過去の線形フィットで蓄積された測定誤差が原因である可能性が示された。
• Gaia EDR3パラレルスを用いて、6系統のW UMa接触連星に基づく新たな経験的質量-半径（M−R）関係を確立した。
• 質量比（q）と半径比（R1/R2）の間には強い相関が確認され、W UMa系に新たな経験的関係が成立した。
• 新たに導出されたM−R関係を用いて、1,734個のEW系の絶対的パラメータを推定し、既知の接触連星の性質に関するサンプルが拡大された。
• 更新されたM−R関係は、分光的に導出された7系統と良好に一致しており、光度法によるパラメータ推定の妥当性が裏付けられた。