[논문 리뷰] Long period sdB + MS binaries with Mercator

J. Vos, R. H. Østensen외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 01.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 메르카토르 망원경의 HERMES 장비를 통해 고해상도 분광학을 이용하여 여섯 개인 장주기 저질량 B형 항성(sdB) + 주계열성(MS) 이중성의 궤도 해를 제시한다. 주요 발견은 여섯 시스템 중 다섯이 유의미한 궤도 이심률을 보이며, 적색거성 진화 기간 동안 tidal circularization로 인해 원형 궤도가 되어야 한다는 기대와 모순되는데, 이는 sdB 이중성 형성 과정에서 tidal 및 질량 이동 메커니즘에 대한 이해가 아직 불완전하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The predicted orbital period distribution of the subdwarf-B (sdB) population is bi-modal with a peak at short (< 10 days) and long (> 250 days) periods. Observationally, many short-period sdB systems are indeed known. The predicted long period peak is missing and orbits have only been determined for a few long-period systems. As these predictions are based on poorly understood binary-interaction processes, it is of prime importance to confront the predictions to well-constrained observational data. We therefore initiated a monitoring program to find and characterize long-period sdB stars with the 1.2 m Mercator telescope. Here we present the results of this program.

연구 동기 및 목표

• 이론적 예측과 장주기 sdB 이중성 관측 간의 괴리를 해결하기 위해, 이론적으로는 250일 이상의 피크를 보이는 이중성 주기 분포를 예측하지만 관측되지 않은 현상에 기인한다.
• 고정밀 도플러 속도 모니터링을 통해 장주기 sdB+MS 이중성의 궤도 파arameters 및 물리적 성질을 규명한다.
• 이 시스템에서 관측된 이심률을 고려할 때, 적색거성 단계에서의 tidal circularization가 현재 가정된 것만큼 효율적인지 테스트한다.
• 희귀한 장주기 sdB 이중성의 잘 정의된 궤도 요소 및 항성 파arameters를 제공하여 이중성 진화 모델의 제약 조건을 향상시킨다.

제안 방법

• 4년 간의 기간(2009–2013) 동안 라팔마 관측소의 1.2m 메르카토르 망원경에 장착된 HERMES 분광계를 이용해 고해상도 분광학 데이터를 확보하였다.
• 주로 55–74번 오더(4780–6530 Å)에서 G2형 마스크를 사용한 교차상관을 통해 주계열성 성분의 도플러 속도를 측정하였으며, sdB 선으로부터의 오염을 피하기 위해 고려하였다.
• isolated sdB 선이 극히 적기 때문에, He I 5875 Å 혼합선에 대한 고해상도 합성 스펙트럼을 사용해 sdB 성분의 도플러 속도를 추정하였다.
• 도플러 속도 데이터에 Keplerian 궤도를 피팅하여 궤도 요소를 결정하였으며, 주기(P), 근점 시점(T₀), 이심률(e), 근점의 위상각(ω), 도플러 속도 진폭(K), 시스템의 기준 속도(γ)를 포함한다.
• 양성분의 유효 온도 및 표면 중력도를 유도하기 위해 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED) 피팅을 수행하였으며, 광도계측 데이터와 합성 모델을 사용하였다.
• 관측 스펙트럼에 정규분포 노이즈를 추가하고 교차상관 절차를 반복함으로써 도플러 속도 측정의 불확실도를 추정하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 이론적으로 예측되는 장주기 피크(250일 이상)가 관측되지 않는가?
• RQ2 sdB 원형성의 적색거성 분지 단계에서 tidal 힘이 얼마나 효과적으로 궤도를 원형으로 만드는가?
• RQ3 현재의 이중성 진화 모델로 장주기 sdB+MS 이중성의 관측된 이심률을 설명할 수 있는가?
• RQ4 이 장주기 시스템에서 sdB 및 주계열성 성분의 물리적 파aram터(Teff, log g, 질량)는 무엇인가?
• RQ5 한 시스템에서 냉각된, 진화한 동반성(예: K형 거대성)이 표준 이중성 진화 시나리오와 일치하는가?

주요 결과

• 여섯 개의 sdB+MS 이중성의 궤도 주기는 750일에서 1300일 이상으로 다양하여 장주기 시스템임을 확인하였다.
• 여섯 시스템 중 다섯이 유의미한 궤도 이심률(e > 0.1)을 보이며, 특히 BD −7° 5977에서 최대 이심률 e = 0.37을 기록하여, tidal circularization 이후 원형 궤도가 되어야 한다는 기대와 모순된다.
• sdB 성분의 질량은 0.47 ± 0.05 M☉의 표준 값과 일치하여 핵 헬륨 폭발 이후 진화 모델을 지지한다.
• sdB 별의 유효 온도는 22,500 K에서 36,900 K 사이이며, 표면 중력도 log g는 5.02에서 5.85 dex 사이로, 매우 뜨겁고 밀도가 높은 별임을 나타낸다.
• 주계열성 동반성의 유효 온도는 4720 K에서 6180 K 사이이며, 표면 중력도 log g는 2.86에서 4.36 dex 사이로, 주계열성 또는 약간 진화한 별임을 시사한다.
• BD −7° 5977의 SED 피팅 결과, K2III형 동반성이 존재하며 Teff = 4720 ± 250 K, log g = 2.86 ± 0.35 dex로 추정되었으며, 주계열성보다 더 밝고 진화한 별임을 나타내며, 높은 적색도 E(B−V) = 0.034 ± 0.034 mag를 보였다.