[논문 리뷰] Absolute dimensions of eclipsing binaries. XXVIII. BK Pegasi and other F-type binaries: Prospects for calibration of convective core overshoot

J. V. Clausen, S. Frandsen외 6명|arXiv (Cornell University)|2010. 04. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 58인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 F형 금성일식 쌍성 BK 페가수에 대해 정밀한 절대 차원과 금속성 농도를 결정하며, 질량 차이 1.414±0.007 M☉ 와 1.257±0.005 M☉, 반지름은 각각 1.988±0.008 R☉ 와 1.474±0.017 R☉ 를 발견한다. 더 질량이 큰 성분이 모델에서 더 어린 나이로 보이는 관측된 연령 불일치는 별진화 모델에서 대류 핵 오버슈트를 정밀하게 校정할 필요가 있음을 시사하며, BK 페가수와 유사한 F형 쌍성을 校정 도구로 사용한다.

ABSTRACT

We present a detailed study of the F-type detached eclipsing binary BK Peg, based on new photometric and spectroscopic observations. The two components, which have evolved to the upper half of the main-sequence band, are quite different with masses and radii of (1.414 +/- 0.007 Msun, 1.988 +/- 0.008 Rsun) and (1.257 +/- 0.005 Msun, 1.474 +/- 0.017 Rsun), respectively. The 5.49 day period orbit of BK Peg is slightly eccentric (e = 0.053). The measured rotational velocities are 16.6 +/- 0.2 (primary) and 13.4 +/- 0.2 (secondary) km/s. For the secondary component this corresponds to (pseudo)synchronous rotation, whereas the primary component seems to rotate at a slightly lower rate. We derive an iron abundance of [Fe/H] =-0.12 +/- 0.07 and similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, Cr and Ni. Yonsei-Yale and Victoria-Regina evolutionary models for the observed metal abundance reproduce BK Peg at ages of 2.75 and 2.50 Gyr, respectively, but tend to predict a lower age for the more massive primary component than for the secondary. We find the same age trend for three other upper main-sequence systems in a sample of well studied eclipsing binaries with components in the 1.15-1.70 Msun range, where convective core overshoot is gradually ramped up in the models. We also find that the Yonsei-Yale models systematically predict higher ages than the Victoria-Regina models. The sample includes BW Aqr, and as a supplement we have determined a [Fe/H] abundance of -0.07 +/- 0.11 for this late F-type binary. We propose to use BK Peg, BW Aqr, and other well-studied 1.15-1.70 Msun eclipsing binaries to fine-tune convective core overshoot, diffusion, and possibly other ingredients of modern theoretical evolutionary models.

연구 동기 및 목표

• F형 금성일식 쌍성 BK 페가수의 정확한 절대 차원(질량, 반지름, 온도)과 금속성 농도를 결정하기.
• F형 쌍성에서 질량이 더 큰 성분의 연령 예측이 질량이 더 작은 성분보다 더 어린 것으로 모델에서 예측되는 불일치를 조사하기.
• Yonsei-Yale 및 Victoria-Regina 항성 진화 모델이 BK 페가수 및 유사 시스템의 관측 파rameters를 얼마나 잘 재현하는지 평가하기.
• 대류 핵 오버슈트와 기타 모델 요소를 정밀하게 校정하기 위해 F형 쌍성 샘플(이중 BK 페가수 및 BW Aqr 포함)을 제안하기.
• 중간 질량 항성의 모델 연령 예측 불확실성을 줄이기 위해 필요한 관측 및 이론적 개선 사항을 규명하기.

제안 방법

• La Silla에 있는 Strömgren Automatic Telescope(SAT)를 사용하여 고정밀 $uvby$ 밝기 곡선과 $uvby\beta$ 표준 광도 측정을 확보하였다.
• La Palma에 있는 Nordic Optical Telescope의 FIES 광도계를 사용하여 고해상도 스펙트럼 측정을 수행하여 대기 파rameters와 원소 농도를 유도하였다.
• 스펙트럼 농도 분석을 수행하여 [Fe/H] = -0.12 ± 0.07 및 Si, Ca, Sc, Ti, Cr, Ni에 대해 유사한 상대 농도를 확보하였다.
• 회전 속도를 16.6 ± 0.2 km s⁻¹ (주성분) 및 13.4 ± 0.2 km s⁻¹ (보조성분)로 측정하여 보조성분이 거의 동기 회전임을 확인하였다.
• BK 페가수와 질량 1.15–1.70 M☉ 범위의 다른 일곱 개의 잘 연구된 F형 쌍성의 관측 파rameters를 Yonsei-Yale 및 Victoria-Regina 항성 진화 모델과 비교하였다.
• 모델 예측의 연령, 질량, 반지름을 평가하였으며, 두 성분 간 및 두 모델 격자 간의 예측 연령 불일치에 초점을 맞추었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Yonsei-Yale 및 Victoria-Regina 항성 진화 모델이 동일한 관측 쌍성계에 대해 체계적으로 다른 연령을 예측하는 이유는 무엇인가?
• RQ2 BK 페가수에서 질량이 더 큰 성분이 더 진화가 진행된 상태임에도 불구하고 모델 예측에서 질량이 더 작은 성분보다 더 어린 나이로 나타나는 이유는 무엇인가?
• RQ3 1.15–1.70 M☉ 범위의 F형 금성일식 쌍성의 관측 파arameters가 항성 모델에서 대류 핵 오버슈트 처리를 얼마나 잘 校정하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ4 BK 페가수의 관측된 회전 속도와 궤도 이심률(e = 0.053)은 진화 역사와 각운동량 진화를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 중간 질량 항성의 모델 연령 예측 불확실성을 줄이고 정확도를 향상시키기 위해 필요한 관측 데이터 및 모델 물리적 개선 사항은 무엇인가?

주요 결과

• BK 페가수의 주성분은 질량 1.414 ± 0.007 M☉, 반지름 1.988 ± 0.008 R☉ 이며, 보조성분은 질량 1.257 ± 0.005 M☉, 반지름 1.474 ± 0.017 R☉ 이다.
• 철 농도는 [Fe/H] = -0.12 ± 0.07이며, Si, Ca, Sc, Ti, Cr, Ni에 대해 유사한 상대 농도를 보여, 태양 유사 금속성 농도임을 시사한다.
• 회전 속도는 주성분 16.6 ± 0.2 km s⁻¹, 보조성분 13.4 ± 0.2 km s⁻¹이며, 보조성분은 가짜 동기 회전과 일치한다.
• Yonsei-Yale 모델은 BK 페가수를 2.75 Gyr의 나이로 재현하지만, Victoria-Regina 모델은 2.50 Gyr가 필요하여 두 격자 간에 체계적인 연령 오프셋이 있음을 보여준다.
• 다른 세 개의 진화된 F형 쌍성(예: BW Aqr 포함)에서도 질량이 더 큰 성분이 질량이 더 작은 성분보다 더 어린 나이로 예측되며, 이는 BK 페가수 결과와 일관된다.
• 저자들은 BK 페가수, BW Aqr 및 1.15–1.70 M☉ 범위의 다른 잘 연구된 F형 쌍성을 대류 핵 오버슈트 및 기타 모델 요소를 정밀하게 校정하기 위한 샘플로 사용할 것을 제안한다. 특히 관측된 연령 불일치를 고려할 때 이는 특히 중요하다.