[論文レビュー] The use of the NEXTGEN model atmospheres for cool giants in a light curve synthesis code

Jerome A. Orosz, Peter H. Hauschildt|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 35

ひとこと要約

本稿では、冷却巨星（T_eff ≤ 6800 K、log g ≤ 3.5）のNextGenモデル大気からの強度を直接使用する光曲線合成コードを提示する。黒体近似や端部の暗さの近似を避ける。非線形な端部の暗さが球対称幾何モデルから生じることで、光曲線の最小値が深くなり、回転による幅広がり核が歪められ、標準的な連星星分析における仮定が無効になることが示された。

ABSTRACT

We have written a light curve synthesis code that makes direct use of model atmosphere specific intensities, in particular the NEXTGEN model atmosphere grid for cool giants (T_eff <= 6800 K and log(g) <= 3.5, Hauschildt et al. 1999). We point out that these models (computed using spherical geometry) predict a limb darkening behaviour that deviates significantly from a simple linear or two-parameter law (there is less intensity at the limb of the star). The presence of a significantly nonlinear limb darkening law has two main consequences. First, the ellipsoidal light curve computed for a tidally distorted giant using the NEXTGEN intensities is in general different from the light curve computed using the same geometry but with the black body approximation and a one- or two-parameter limb darkening law. In most cases the light curves computed with the NEXTGEN intensities have deeper minima than their black body counterparts. Thus the light curve solutions for binaries with a giant component obtained with models with near linear limb darkening (either black body or plane-parallel model atmosphere intensities) are biased. Observations over a wide wavelength range (i.e. both the optical and infrared) are particularly useful in discriminating between models with nearly linear limb darkening and the NEXTGEN models. Second, we show that rotational broadening kernels for Roche lobe filling (or nearly filling) giants can be significantly different from analytic kernels due to a combination of the nonspherical shape of the star and the radical departure from a simple limb darkening law. As a result, geometrical information inferred from V_rot*sin(i) measurements of cool giants in binary systems are likewise biased.

研究の動機と目的

• ブラックボディまたは端部の暗さの近似を用いない、モデル大気固有の強度を直接使用する光曲線合成コードの開発。
• 球対称NextGenモデル大気からの非線形な端部の暗さが、連星系における光曲線の形態に与える影響の調査。
• 非球対称な星の形状と複雑な端部の暗さが、回転による幅広がり核およびV_rot sin i 測定に与える影響の評価。
• 標準的な線形または2パラメータの端部の暗さ則を用いた光曲線解法が、冷却巨星に対して系統的にバイアスを受けることの証明。
• 近接連星系における光曲線および径速度のより正確なモデル化手法の提供。

提案手法

• 冷却巨星のNextGenモデル大気グリッドから得られる特定の強度を用いて、合成光曲線を計算する。これらの強度は球対称幾何で計算されている。
• 表面要素ごとのフラックス寄与を計算するために、多角形ベースの表面積分法を採用。日食は水平線検出および部分ピクセル補正によって処理される。
• 日食天体の水平線が各緯度ラインと正確に交差する点を特定するための二分法アルゴリズムを用い、部分日食補正を高精度に実現。
• 可視部、隠蔽部、水平線点間の角度オフセットに基づく、部分的に日食された表面要素のフラックス補正方式を採用。
• 同一パラメータを用いてWilson-Devinney（W-D）コードと比較し、光曲線および径速度で0.1%以内の一致を達成。
• 同じ物理的モデルを用いて径速度曲線を直接計算可能であり、連星系モデル化における一貫性を確保。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NextGenモデル大気からの強度を用いて計算された光曲線は、ブラックボディまたは標準的な端部の暗さ則を用いたものと、冷却巨星においてどのように異なるか？
• RQ2 球対称モデル大気からの非線形な端部の暗さが、連星系における光曲線最小値の深さと形状に与える影響は何か？
• RQ3 ローチューブを満たす巨星の非球対称な形状と複雑な端部の暗さは、解析的近似と比較して回転による幅広がり核にどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 標準的な端部の暗さ仮定を用いる場合、冷却巨星のV_rot sin i 測定値はどの程度バイアスを受けるか？
• RQ5 直接モデル大気強度を用いる光曲線合成コードは、Wilson-Devinneyのような既存コードと一貫性を持つ結果を生み出せるか？

主な発見

• NextGenモデル大気からの強度を用いて計算された光曲線は、ブラックボディまたは線形端部の暗さ近似よりも顕著に深い最小値を示す。これは非線形な端部の暗さに起因する。
• 球対称モデル大気からの非線形な端部の暗さは、星の縁部での強度を著しく低下させ、単純な1または2パラメータ則とは大きく逸脱する。
• ローチューブを満たす巨星の回転による幅広がり核は、非球対称な星の形状と複雑な端部の暗さの組み合わせにより、解析的核とは著しく異なる。
• 線形または2パラメータの端部の暗さ則を仮定する標準的な光曲線解法は、冷却巨星において系統的にバイアスを受けることが判明し、幾何的・物理的パラメータの決定に顕著な影響を及ぼす。
• 波長範囲が広い（可視域から赤外域まで）観測が、ほぼ線形な端部の暗さを持つモデルとより正確なNextGenモデル大気を区別するために不可欠である。
• 直接モデル大気強度を用いるELCコードは、光曲線および径速度においてWilson-Devinneyコードと0.1%以内で一致し、その正確性が裏付けられた。