[論文レビュー] VLT multi-object spectroscopy of 33 eclipsing binaries in the Small Magellanic Cloud. New distance and depth of the SMC, and a record-breaking apsidal motion

P. North, R. Gauderon+2 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|May 24, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 59被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、小マゼラン雲（SMC）の33個の食連星に対するVLT FLAMESマルチオブジェクト分光法を提示する。径速度曲線とOGLE-II光曲線を組み合わせることで、正確な星のパラメータを導出し、新しい距離モジュラス19.11 ± 0.03（66.4 ± 0.9 kpc）を算出する。非連星B型連星における記録的な近日点進動（7.6年）を報告し、SMCへの長距離スケールを支持するとともに、質量比分布が平坦でq ≈ 0.72で急激にカットオフされることを明らかにする。

ABSTRACT

Aim: Our purpose is to provide reliable stellar parameters for a significant sample of eclipsing binaries, which are representative of a whole dwarf and metal-poor galaxy. We also aim at providing a new estimate of the mean distance to the SMC and of its depth along the line of sight for the observed field of view. Method: We use radial velocity curves obtained with the ESO FLAMES facility at the VLT and light curves from the OGLE-II photometric survey. The radial velocities were obtained by least-squares fits of the observed spectra to synthetic ones, excluding the hydrogen Balmer lines. Results: Our sample contains 23 detached, 9 semi-detached and 1 overcontact systems. Most detached systems have properties consistent with stellar evolution calculations from single-star models at the standard SMC metallicity Z = 0.004, though they tend to be slightly overluminous. The few exceptions are probably due to third light contribution or insufficient signal-to-noise ratio. The mass ratios are consistent with a flat distribution, both for detached and semi-detached/contact binaries. A mass-luminosity relation valid from ~4 to ~18 Msol is derived. The uncertainties are in the +-2 to +-11% range for the masses, in the +-2 to +-5% range for the radii and in the +-1 to +-6% range for the effective temperatures. The average distance modulus is 19.11+-0.03 (66.4+-0.9 kpc). The moduli derived from the V and from the I data are consistent within 0.01 mag. The 2-sigma depth of the SMC is, for our field, of 0.25 mag or 7.6 kpc under the assumption of a gaussian distribution of stars along the line of sight. Three systems show significant apsidal motion, one of them with an apsidal period of 7.6 years, the shortest known to date for a detached system with main sequence stars.

研究の動機と目的

• 金属不足のSMCに属する代表的サンプルの食連星に対する信頼性の高い基本的星のパラメータを決定すること。
• 非連星および半連星系を標準キャンドルとして用いて、SMCの距離モジュラスの精度を向上させること。
• 距離モジュラスの分散を用いて、視線方向のSMCの固有の厚さを測定すること。
• 質量の大きな連星系における近日点進動を測定し、星の構造モデルを検証すること。
• 非連星および半連星系における質量比分布を評価し、過去の研究で見られた不一致を解消すること。

提案手法

• 高SNRのFLAMES-GIRAFFE分光法を用い、合成スペクトルとの最小二乗フィッティングにより径速度曲線を導出し、水素バルマー線を除いた。
• OGLE-II調査の光曲線を、径速度と併用して軌道解および星のパラメータを決定するために用いた。
• 星のパラメータ（質量、半径、T_eff）は、PHOEBEを介したWD星の進化コードとKOREL径速度フィッティングコードを用いて計算した。
• 距離モジュラスは、絶対的半径と有効温度から算出し、不確実性はモンテカルロシミュレーションを用いて伝搬させた。
• 近日点進動は、複数の観測エポックにわたる軌道解にフィットさせ、観測された進度と理論的予測を比較することで測定した。
• SMCの厚さは、個々の距離モジュラスの2σ分散を用いて推定し、視線方向にガウス分布を仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 33個の食連星（分光的および光度的データを併用）に基づく小マゼラン雲への最も正確な距離モジュラスは何か？
• RQ2 個々の距離モジュラスの分散によって制約される、観測領域におけるSMCの視線方向の固有の厚さは何か？
• RQ3 質量の大きな非連星連星系における近日点進動の有意性と物理的起源は何か。特に星の構造と進化の文脈で。
• RQ4 SMCの非連星および半連星系における観測された質量比は、理論的期待値および過去の観測サンプルとどのように比較されるか？
• RQ5 SMC連星の観測された星のパラメータは、Z = 0.004における単一星の進化モデルの予測とどの程度一致するか？

主な発見

• SMCへの平均距離モジュラスは19.11 ± 0.03であり、距離は66.4 ± 0.9 kpcに相当し、短距離スケールに比べて長距離スケールを支持する。
• 観測領域におけるSMCの2σの厚さは0.25 mag（7.6 kpc）であり、視線方向に星がガウス分布していることと整合的である。
• 一つの非連星連星（5 266131）は、主系列B型星の中で記録的な近日点進動周期7.6年を示し、非点質量構造によって駆動されている。
• 23個の非連星系における質量-光度関係は、質量範囲∼4から∼18 M☉の間で有効であり、質量の不確実性は±2〜±11%、半径の不確実性は±2〜±5%である。
• 非連星系の質量比分布は平坦で、q ≈ 0.72で急激にカットオフしており、二重星仮説を否定し、過去のサンプルに観測バイアスがある可能性を示唆する。
• SMCのH II領域ガスの径速度分布は二峰性を示し、ピークは145.2 ± 0.5 km s⁻¹および161.4 ± 0.6 km s⁻¹に位置し、運動学的構造の存在を示している。