[논문 리뷰] Barium & related stars and their white-dwarf companions II. Main-sequence and subgiant stars

A. Escorza, Drisya Karinkuzhi외 13명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 77인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 HERMES, SALT, CORAVEL 및 CORALIE의 도전 속도 데이터를 활용하여 주계열 및 퇴화된 주계열 Ba 및 CH 항성 60개에 대한 체계적인 분석을 제시하며, 27개 시스템의 궤도 매개변수를 규명한다. 연구 결과 Ba 난류성과 CH 퇰르티어 주계열 항성은 서로 다른 진화 단계에 있는 것이 아니라, 유사한 금속성과 좁은 백색왜성 연성질량 분포를 보이며, 궤도 진화가 적색거성가지에서 두 번째 상호작용 단계에 의해 영향을 받을 수 있음을 확인한다.

ABSTRACT

Barium (Ba) dwarfs and CH subgiants are the less-evolved analogues of Ba and CH giants. They are F- to G-type main-sequence stars polluted with heavy elements by a binary companion when the latter was on the Asymptotic Giant Branch (AGB). This companion is now a white dwarf that in most cases cannot be directly detected. We present a large systematic study of 60 objects classified as Ba dwarfs or CH subgiants. Combining radial-velocity measurements from HERMES and SALT high-resolution spectra with radial-velocity data from CORAVEL and CORALIE, we determine the orbital parameters of 27 systems. We also derive their masses by comparing their location in the Hertzsprung-Russell diagram with evolutionary models. We confirm that Ba dwarfs and CH subgiants are not at different evolutionary stages and have similar metallicities, despite their different names. Additionally, Ba giants appear significantly more massive than their main-sequence analogues. This is likely due to observational biases against the detection of hotter main-sequence post-mass-transfer objects. Combining our spectroscopic orbits with the Hipparcos astrometric data, we derive the orbital inclinations and the mass of the WD companion for four systems. Since this cannot be done for all systems in our sample yet (but should be with upcoming Gaia data releases), we also analyse the mass-function distribution of our binaries. We can model this distribution with very narrow mass distributions for the two components and random orbital orientation on the sky. Finally, based on BINSTAR evolutionary models, we suggest that the orbital evolution of low-mass Ba systems can be affected by a second phase of interaction along the Red Giant Branch of the Ba star, impacting on the eccentricities and periods of the giants.

연구 동기 및 목표

• 다수의 주계열 및 퇰르티어 주계열 Ba 및 CH 항성에 대해 다중 에포크 도전 속도 측정을 이용하여 궤도 매개변수를 결정하기.
• Ba 난류성과 CH 퇴화주계열 항성이 서로 다른 진화 단계를 나타내는지 아니면 연속된 인구의 일부인지 조사하기.
• Hipparcos 및 Gaia DR2 거리 자료를 이용하여 진화 모델과 비교하여 항성 질량 유도하기.
• 이중성의 질량함수 분포를 모델링하여 연성질량과 궤도 기울기를 추론하기.
• 저질량 Ba 이중성에서 궤도 이심도와 주기의 변화에 영향을 주는 보조 상호작용의 영향 탐색하기.

제안 방법

• 60개 대상에 대해 고해상도 도전 속도 데이터를 HERMES 및 SALT 분광계에서 확보하였다.
• CORAVEL 및 CORALIE의 기록된 도전 속도 데이터를 통합하여 궤도 해석 정확도 향상.
• 최적의 궤도 매개변수와 불확도를 결정하기 위해 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 방법을 사용하였다.
• Gaia DR2 병진각 및 고해상도 스펙트럼에서 유도된 항성 파rameter를 사용하여 대상들을 허츠프루ង-루스텔 다이어그램에 그렸다.
• 관측된 위치를 STAREVOL 진화 모델과 비교하여 질량을 유도하였다.
• 관측된 질량함수 분포를 좁은 질량 분포를 가진 이중성의 두 성분과 무작위 궤도 기울기로 모델링하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ba 난류성과 CH 퇰르티어 주계열 항성은 서로 다른 진화 단계에 있는가, 아니면 연속된 인구의 일부인가?
• RQ2 Ba 난류성 및 CH 퇴화주계열 항성계에서 백색왜성 연성질량의 분포는 어떻게 되며, 이는 이론적 기대와 일치하는가?
• RQ3 이러한 시스템의 궤도 매개변수(주기, 이심도)는 이중성 진화 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 질량함수 분포는 좁은 연성질량 함수와 무작위 궤도 기울기로 설명될 수 있는가?
• RQ5 적색거성가지에서의 두 번째 상호작용 단계가 Ba 거성의 궤도 특성에 영향을 미치는가?

주요 결과

• Ba 난류성과 CH 퇴화주계열 항성은 서로 다른 진화 단계에 있지 않으며, 유사한 금속성을 보이며, 전통적인 이들의 구분을 도전한다.
• 표본의 질량함수 분포는 약 0.6 M⊙에서 피크를 이룰 정도로 좁은 백색왜성 연성질량 분포와 일치한다.
• Hipparcos 천문측정과 병합된 스펙트럼 궤도를 이용하여 네 개 시스템의 궤도 기울기와 백색왜성 질량을 유도하였다.
• Ba 거성은 그 주계열 대응체보다 유의미하게 질량이 크며, 이는 질량 이전 후 더 뜨거운 항성을 탐지하기 어려운 관측 편향 때문일 수 있다.
• 관측된 질량함수 분포는 두 성분에 대해 좁은 질량 함수와 천구상 무작위 궤도 기울기로 가장 잘 설명된다.
• BINSTAR 진화 모델은 적색거성가지에서의 두 번째 상호작용 단계가 저질량 Ba 이중성의 궤도 이심도와 주기에 영향을 줄 수 있음을 시사한다.