[논문 리뷰] Multiplicity of Galactic Cepheids and RR Lyrae stars from Gaia DR2 - I. Binarity from proper motion anomaly

P. Kervella, A. Gallenne외 9명|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|2019. 03. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 128인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 천구 DR2와 히파르코스 운동량 데이터를 사용하여 천구 Cepheid 및 RR Lyrae 항성들 사이의 이중성 및 다중성 시스템을 운동량 비정상성(PMa)을 통해 탐지한다. 57개의 확인된 Cepheid 이중성(이중성 비율 80%)과 13개의 확인된 RR Lyrae 이중성(이중성 비율 7%)을 식별하여 오랫동안 지속된 이들의 낮은 이중성 빈도에 대한 수수께끼를 해결한다. 이 방법을 통해 복합 천체의 질량 추정치를 아스트로메트릭 및 스펙트로스코픽 데이터를 융합하여 도출할 수 있다.

ABSTRACT

Classical Cepheids (CCs) and RR Lyrae stars (RRLs) are important classes of variable stars used as standard candles to estimate galactic and extragalactic distances. Their multiplicity is imperfectly known, particularly for RRLs. Astoundingly, to date only one RRL has convincingly been demonstrated to be a binary, TU UMa, out of tens of thousands of known RRLs. Our aim is to detect the binary and multiple stars present in a sample of Milky Way CCs and RRLs. In the present article, we combine the Hipparcos and Gaia DR2 positions to determine the mean proper motion of the targets, and we search for proper motion anomalies (PMa) caused by close-in orbiting companions. We identify 57 CC binaries from PMa out of 254 tested stars and 75 additional candidates, confirming the high binary fraction of these massive stars. For 28 binary CCs, we determine the companion mass by combining their spectroscopic orbital parameters and astrometric PMa. We detect 13 RRLs showing a significant PMa out of 198 tested stars, and 61 additional candidates. We determine that the binary fraction of CCs is likely above 80%, while that of RRLs is at least 7%. The newly detected systems will be useful to improve our understanding of their evolutionary states. The discovery of a significant number of RRLs in binary systems also resolves the long-standing mystery of their extremely low apparent binary fraction.

연구 동기 및 목표

• 우주 거리 측정에 핵심적인 역할을 하는 은하계 고전적 Cepheid 및 RR Lyrae 항성들의 진정한 다중성 빈도를 결정하는 것.
• 수천 개의 RR Lyrae 항성이 알려져 있음에도 불구하고 오직 하나의 항성(TU UMa)만이 이중성로 확인된 장기적인 괴리 현상을 해결하는 것.
• Gaia DR2와 히파르코스 데이터에서 유도된 아스트로메트릭 운동량 비정상성(PMa)을 이용해 밀접한 이중성 시스템을 식별하고 특성화하는 것.
• 이중성 동반성을 식별함으로써 이러한 항성들의 진화 상태에 대한 이해를 향상시키는 것.

제안 방법

• 목표 항성들의 평균 운동량을 계산하기 위해 Gaia DR2와 히파르코스의 위치 데이터를 융합한다.
• 주된 항성 주위를 도는 보이지 않는 동반성에 의해 유도되는 운동량 비정상성(PMa)을 탐지함으로써 이중성 여부를 확인한다.
• 실제 PMa와 측정 노이즈 또는 아스트로메트릭 오차를 구분하기 위해 통계적 유의성 검정을 적용한다.
• 확인된 이중성의 경우, PMa를 스펙트로스코픽 궤도 매개변수와 융합하여 동반성 질량을 추정한다.
• 일식 및 운동량 데이터를 이용해 궤도 매개변수, 예를 들어 최대 반장경 및 궤도 주기를 제약 조건으로 설정한다.
• PMa 진폭과 유의성에 기반해 시스템을 분류하여 확인된 이중성과 후보 이중성을 구분한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 캔들로 중요한 역할을 하는 은하계 고전적 Cepheid 항성들 사이의 진정한 이중성 비율은 무엇인가요?
• RQ2 RR Lyrae 항성들의 관측된 이중성 비율이 매우 낮은 이유(지금까지 확인된 이중성이 하나뿐임)는 무엇이며, 이는 관측 편향 때문인가요?
• RQ3 Gaia DR2 데이터의 운동량 비정상성은 Cepheid 및 RR Lyrae 항성들 사이에서 이전에 발견되지 않은 밀접한 이중성 시스템을 드러낼 수 있나요?
• RQ4 아스트로메트릭 PMa와 스펙트로스코픽 데이터의 융합은 어떻게 이중성 시스템의 질량 추정치를 향상시킬 수 있나요?
• RQ5 최근에 탐지된 이중성 시스템의 궤도 특성(예: 반장경, 주기)은 무엇인가요?

주요 결과

• 254개의 항성 중 57개의 확인된 고전적 Cepheid 이중성이 운동량 비정상성으로 식별되어 이중성 비율이 80% 이상임을 시사한다.
• 추가로 75개의 Cepheid 후보가 식별되어 실제 이중성 비율이 더 높을 가능성도 제기된다.
• 198개의 항성 중 13개의 RR Lyrae 항성이 유의미한 운동량 비정상성을 보였으며, 61개의 추가 후보가 존재하여 최소 7% 이상의 이중성 비율을 암시한다.
• 28개의 확인된 Cepheid 이중성의 경우, 아스트로메트릭 PMa와 스펙트로스코픽 궤도 해법을 융합하여 동반성 질량을 추정하였다.
• 탐지된 RR Lyrae 이중성의 최대 반장경은 0.1에서 20.7 au이며, 궤도 주기는 1.5에서 136,000년 사이이다.
• RR Lyrae 이중성의 다수 탐지로 오랫동안 지속된 이들의 이중성 시스템 부족에 대한 수수께끼가 해결되었다.