[논문 리뷰] Absolute dimensions of solar-type eclipsing binaries. EF Aquarii: a G0 test for stellar evolution models

J. Vos, J. V. Clausen외 5명|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|2012. 02. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 51인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 광학적 및 분광적 관측을 통해 활성 G0 항성 이중성 EF Aquarii의 정확한 절대적 차원을 결정하며, 표준 별진화 모형과 관측 결과 사이에 심각한 이질성이 있음을 드러낸다. 자기 활동을 고려해 혼합 길이 매개변수를 조정함으로써, 낮은 대류 효율성을 가진 모형이 공통 연령 1.5 ± 0.6 Gyr에서 양 성분을 성공적으로 재현하며, 자기 활동이 대류를 억제하고 태양형 항성에서 반지름과 온도의 이질성을 유발한다는 것을 확인한다.

ABSTRACT

Recent studies have shown that stellar chromospheric activity, and its effect on convective energy transport in the envelope, is most likely the cause of significant radius and temperature discrepancies between theoretical evolution models and observations. We aim to determine absolute dimensions and abundances for the solar-type detached eclipsing binary EF Aqr, and to perform a detailed comparison with results from recent stellar evolutionary models. uvby-beta standard photometry was obtained with the Stromgren Automatic Telescope. The broadening function formalism was applied on spectra observed with HERMES at the Mercator telescope in La Palma, to obtain radial velocity curves. Masses and radii with a precision of 0.6% and 1.0% respectively have been established for both components of EF Aqr. The active 0.956 M_sol secondary shows star spots and strong Ca II H and K emission lines. The 1.224 M_sol primary shows signs of activity as well, but at a lower level. An [Fe/H] abundance of 0.00+-0.10 is derived with similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Co, and Ni. Solar calibrated evolutionary models such as Yonsei-Yale, Victoria-Regina and BaSTI isochrones and evolutionary tracks are unable to reproduce EF Aqr, especially for the secondary, which is 9% larger and 400 K cooler than predicted. Models adopting significantly lower mixing length parameters l/H_p remove these discrepancies, as seen in other solar type binaries. For the observed metallicity, Granada models with a mixing length of l/H_p=1.30 (primary) and 1.05 (secondary) reproduce both components at a common age of 1.5+-0.6 Gyr. Observations of EF Aqr suggests that magnetic activity, and its effect on envelope convection, is likely to be the cause of discrepancies in both radius and temperature, which can be removed by adjusting the mixing length parameter of the models downwards.

연구 동기 및 목표

• 태양형 이중성 EF Aquarii의 정확한 절대 질량, 반지름, 금속성을 결정하기 위해.
• 활성 주계열 항성에서 관측된 별 파arameter와 예측된 값 사이의 이질성을 조사하기 위해.
• 태양에 캘리브레이션된 혼합 길이 매개변수를 사용하는 표준 별진화 모형이 EF Aquarii의 관측된 성질을 재현할 수 있는지 평가하기 위해.
• 자기 활동이 대류 에너지 이동을 어떻게 변화시키고 별의 구조에 영향을 주는지 탐구하기 위해.
• 잘 관측된 이중성 시스템을 사용해 별 활동 수준에 따라 혼합 길이 매개변수를 캘리브레이션하기 위해.

제안 방법

• ESO 라 실라에 위치한 스트로마르그렌 자동망원경(SAT)을 사용해 고정밀 $uvby$ 광도곡선과 $uvby\beta$ 표준 광학 측정을 확보하였다.
• 라 팔마에 있는 메르카토르 망원경에서 HERMES를 사용해 고해상도 분광법을 통해 반지름 속도 곡선을 확보하였다.
• 최신 기술을 적용한 광학적 및 분광적 분석을 수행하여 높은 정밀도로 별 파aram터를 유도하였다.
• Yonsei-Yale, Victoria-Regina, BaSTI, Granada의 이론 모형과 관측 결과를 비교하며 혼합 길이 매개변수 $l/H_p$를 조정하여 관측 결과에 적합하도록 하였다.
• 유도된 금속성과 연령을 사용해 양 성분 간의 모형 일관성을 시험하였다.
• 자기 활동이 대류 에너지 이동에 미치는 영향을 평가하기 위해 $l/H_p$를 조정한 모형과 조정하지 않은 모형을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양에 캘리브레이션된 혼합 길이 매개변수를 사용하는 표준 별진화 모형이 EF Aquarii의 양 성분에서 관측된 질량, 반지름, 온도를 재현할 수 있는가?
• RQ2 EF Aquarii의 2차 성분에서의 자기 활동이 대류 에너지 이동과 관측된 성질에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 혼합 길이 매개변수를 활동을 고려해 조정한 모형에서 EF Aquarii의 양 성분에 대해 공통 연령이 일관된가?
• RQ4 Fe, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Co, Ni의 유도된 성분 농도는 태양 값과 어떻게 비교되며, 이는 모형 캘리브레이션에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 EF Aquarii에서 관측된 반지름과 온도의 이질성은 혼합 길이 매개변수를 감소시킴으로써 해결될 수 있으며, 이는 별진화 이론에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• EF Aquarii의 주성분은 질량 1.224 $M_\odot$와 반지름 1.045 $R_\odot$를 가지며, 각각 정밀도 0.6%와 1.0%이다.
• 보조 성분은 질량 0.956 $M_\odot$와 반지름 1.130 $R_\odot$를 가지며, 동일하게 0.6%와 1.0%의 정밀도를 갖는다.
• 보조 성분은 강한 Ca II H 및 K 복사와 별 spots를 나타내어 높은 자기 활동을 보이며, 주성분은 낮은 수준의 활동을 보인다.
• 이 시스템은 [Fe/H] = 0.00 ± 0.10의 금속성을 가지며, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Co, Ni 등 다른 원소들도 태양 농도와 일치한다.
• 태양에 캘리브레이션된 혼합 길이 매개변수를 사용하는 표준 모형(Yonsei-Yale, Victoria-Regina, BaSTI 등)은 공통 연령에서 양 성분을 재현하지 못하며, 보조 성분이 관측된 것보다 9% 작고 400 K 더 뜨겁게 예측한다.
• Gran다 모형에서 주성분에 대해 $l/H_p = 1.30$, 보조 성분에 대해 $l/H_p = 1.05$로 설정함으로써, 공통 연령 1.5 ± 0.6 Gyr에서 양 성분을 성공적으로 재현하였다. 이는 자기 활동으로 인한 대류 효율 감소가 이질성을 해결한다는 것을 확인한다.