[논문 리뷰] Absolute dimensions of solar-type eclipsing binaries. III. EW Orionis. Stellar evolutionary models tested by a G0V system

J. V. Clausen, H. Bruntt외 3명|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 다중 에포크 광도계측과 분광학을 이용하여 G0 V 분광이중성우 EW 오리온스의 정밀한 절대적 차원을 제시하며, 질량 정밀도 0.9%, 반지름 정밀도 0.5%를 달성한다. 연구는 태양형 항성 모델의 오랜 기간 동안 지속된 모순을 해결하기 위해, 약간 감소된 혼합 길이 매개변수를 갖는 약간 활성화된 보조 성분과 표준 Y-Z 관계보다 낮은 헬륨 농도가 필요하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We present a detailed study of the G0V detached eclipsing binary EW Ori, based on new photometric and spectroscopic observations. Masses and radii that are precise to 0.9% and 0.5%, respectively, have been established for both components. The 1.12 Msun secondary component reveals weak Ca II H and K emission and is probably mildly active; no signs of activity are seen for the 1.17 Msun primary. We derive an [Fe/H] abundance of +0.05 +/- 0.09 and similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, Cr, and Ni. Yonsai-Yale and Granada solar-scaled evolutionary models for the observed metal abundance reproduce the components fairly well at an age of approx. 2 Gyr. Perfect agreement is, however, obtained at an age of 2.3 Gyr for a combination of a) a slight downwards adjustment of the envelope mixing length parameter for the secondary, as seen for other active solar-type stars, and b) a slightly lower helium content than prescribed by the Y-Z relations adopted for the standard model grids. The orbit is eccentric (e = 0.0758 +/- 0.0020), and apsidal motion with a 62% relativistic contribution has been detected. The apsidal motion period is U = 16300 +/- 3900 yr, and the inferred mean central density concentration coefficient, log(k_2) = -1.66 +/- 0.30, agrees marginally with model predictions. The measured rotational velocities, 9.0 +/- 0.7 (primary) and 8.8 +/- 0.6 (secondary) km/s, are in agreement with both the synchronous velocities and the theoretically predicted pseudo-synchronous velocities. Finally, the distance (175 +/- 7 pc), age, and center-of mass velocity (6 km/s) exclude suggested membership of the open cluster Collinder 70. EW Ori now belongs to the small group of solar-type eclipsing binaries with well-established astrophysical properties.

연구 동기 및 목표

• G0 V 분광이중성우 EW 오리온스의 정확한 절대 질량, 반지름 및 금속성 농도를 결정하기 위해.
• 다양한 수준의 크로모스피어 활동을 보이는 태양형 항성에 표준 항성 진화 모델의 적용 가능성을 시험하기 위해.
• 활동적인 태양형 항성에서 관측된 반지름과 온도와 예측된 값 사이의 모순을 조사하기 위해.
• 아포수 운동과 자전 속도 분석을 통해 시스템의 연령, 궤도 매개변수 및 내부 구조를 제약하기 위해.
• 진화한 태양형 항성에서 헬륨 농도에 대한 표준 Y-Z 관계의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• ESO 라 실라에 위치한 스트롬그렌 자동 천체망원경(SAT)을 이용해 고정밀 $uvby$ 광도곡선과 $uvby\beta$ 표준 광도계측 데이터 확보.
• CORAVEL 분광계에서 확보한 라디얼 속도 데이터 재분석을 통해 궤도 요소와 라디얼 속도 곡선 정밀화.
• ESO 라 실라에 위치한 FEROS 분광계를 이용해 고해상도 분광학을 확보하여 라디얼 속도 및 농도 분석 수행.
• 최신 광도계측 및 분광학적 분석 기법 적용, 특히 광도곡선 모델링에 JKTEBOP 코드 활용.
• 다양한 연령, 혼합 길이 매개변수 및 헬륨 농도에서 Yonsei-Yale 및 Granada 항성 진화 모델과 관측된 항성 파ameters 비교.
• 궤도 이심률과 상대론적 기여를 기반으로 아포수 운동 주기 및 중심 밀도 농도 계수($k_2$) 추론.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 항성 진화 모델이 G0 V 이중성우 EW 오리온스의 관측된 질량, 반지름 및 온도를 정확히 재현할 수 있는가?
• RQ2 보조 성분의 크로모스피어 활동이 항성 모델에서 엽면 혼합 길이 매개변수 조정이 얼마나 필요로 하는가?
• RQ3 관측된 EW 오리온스의 특성을 일치시키기 위해 표준 Y-Z 관계보다 낮은 헬륨 농도가 필요한가?
• RQ4 EW 오리온스의 연령는 얼마이며, 혼합 길이 및 헬륨 매개변수를 조정했을 때 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 EW 오리온스에서 관측된 아포수 운동과 자전 속도는 허구적 동기화 회전 및 일반 상대성 이론 효과에 대한 이론 예측과 일치하는가?

주요 결과

• 주성분은 질량 $1.17 \pm 0.01 M_\odot$ 와 반지름 $1.10 \pm 0.01 R_\odot$ 를 가지며, 각각 0.9% 및 0.5%의 정밀도를 확보한다.
• 보조 성분($1.12 \pm 0.01 M_\odot$)은 약한 Ca ii H 및 K 에너지 방출을 보이며, 경미한 크로모스피어 활동을 나타낸다.
• 철 농도는 $[\mathrm{Fe/H}] = +0.05 \pm 0.09$이며, Si, Ca, Sc, Ti, Cr, Ni의 상대 농도는 유사하다.
• 아포수 운동 주기 $U = 16,300 \pm 3,900$ 년과 62%의 상대론적 기여가 관측되었으며, 궤도 이심률은 $e = 0.0758 \pm 0.0020$ 이다.
• 유도된 중심 밀도 농도 계수는 $\log(k_2) = -1.66 \pm 0.30$ 로, 모델 예측과 약간의 일치를 보인다.
• 최적의 피팅 모델은 보조 성분에 대해 혼합 길이 매개변수를 0.08–0.18 감소시켜야 하며, 헬륨 농도 $Y \approx 0.27$ 가 필요하며, 이는 표준 Y-Z 관계보다 略적으로 낮다. 이는 약 2.3 Gyr의 연령에서 성립한다.