[논문 리뷰] Multiwavelength optical observations of chromospherically active binary systems V. FF UMa (2RE J0933+624): a system with orbital period variation

M. C. Gálvez, D. Montes외 3명|ArXiv.org|2007. 06. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 34인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 활성 쌍성계 FF UMa (2RE J0933+624)의 다중파장 광학 스펙트로스코피를 제시하며, 11년 간 약 10⁻⁴의 상당한 궤도주기 변화를 규명한다. 이는 이전에 관측된 RS CVn 시스템보다 10배 이상 크며, 고해상도 에클레 스펙트럼과 도플러 속도 교차상관을 통해 궤도 해석과 별성 파arameters를 개선하고, 원형·동기 회전 궤도를 확인한다. 주기 변화의 원인은 약한 자기 활동에 기인하며 Applegate 메커니즘에 의해 설명되며, 강력한 크로모스피어 에미션과 캐스터 이동군에의 구성원으로서의 운동학적 소속이 이를 뒷받침한다.

ABSTRACT

This is the fifth paper in a series aimed at studying the chromospheres of active binary systems using several optical spectroscopic indicators to obtain or improve orbital solution and fundamental stellar parameters. We present here the study of FF UMa (2RE J0933+624), a recently discovered, X-ray/EUV selected, active binary with strong H_alpha emission. The objectives of this work are, to find orbital solutions and define stellar parameters from precise radial velocities and carry out an extensive study of the optical indicators of chromospheric activity. We obtained high resolution echelle spectroscopic observations during five observing runs from 1998 to 2004. We found radial velocities by cross correlation with radial velocity standard stars to achieve the best orbital solution. We also measured rotational velocity by cross-correlation techniques and have studied the kinematic by galactic space- velocity components (U, V, W) and Eggen criteria. Finally, we have determined the chromospheric contribution in optical spectroscopic indicators, from Ca II H & K to Ca II IRT lines, using the spectral subtraction technique. We have found that this system presents an orbital period variation, higher than previously detected in other RS CVn systems. We determined an improved orbital solution, finding a circular orbit with a period of 3.274 days. We derived the stellar parameters, confirming the subgiant nature of the primary component and obtained rotational velocities (vsini), of 33.57 km/s and 32.38 km/s for the primary and secondary components respectively. From our kinematic study, we can deduce its membership to the Castor moving group. Finally, the activity study has given us a better understanding of the possible mechanisms that produce the orbital period variation.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 크로모스피어 활성 쌍성계 FF UMa (2RE J0933+624)의 궤도 해석과 기본 별성 파arameters를 향상시키는 것.
• 이전에 관측된 RS CVn 시스템보다 더 큰 주기 변화가 관측된 원인과 기원을 조사하는 것.
• 자기 활동 메커니즘이 주기 변화를 이끄는 데 기여하는지 이해하기 위해 Ca ii H&K, Ca ii IRT, Hα, Li i 등의 광학 크로모스피어 활동 지표를 분석하는 것.
• 운동학적 성질과 이동군 구성원 여부를 평가하여 연령과 진화 상태를 제약하는 것.
• FF UMa를 사례 연구로 삼아 Applegate 메커니즘이 높은 활동성을 보이는 쌍성계에서 궤도주기 변화를 유도하는 데 적용 가능한지 테스트하는 것.

제안 방법

• 1998~2004년 동안 5회의 관측 런을 통해 2.2m CAHA, NOT, 2.1m McDonald, Hobby-Eberly 망원경을 이용해 고해상도 에클레 스펙트럼을 확보하였다.
• 표준 항성과의 교차상관을 통해 도플러 속도를 측정하여 궤도 해석과 주기 변화를 탐지하였다.
• 스펙트럼 교차상관의 너비를 이용해 투영 회전 속도 (v sin i)를 결정하였다.
• 스펙트럼 차감 기법을 적용하여 Ca ii H&K, Ca ii IRT, Hα, Li i 선에서 크로모스피어 에미션을 분리하고 정량화하였다.
• 은하 공간 속도 성분 (U, V, W)을 계산하고 Eggen 기준을 적용하여 캐스터 이동군에의 구성원 여부를 평가하였다.
• 관측-계산 차이(O-C) 잔차를 분석하여 궤도주기 변화의 정도를 정량화하고 Applegate 모델 예측과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FF UMa의 정밀한 궤도 해석과 별성 파arameters는 무엇이며, 이는 이전 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 관측된 궤도주기 변화의 기원은 무엇이며, Applegate 메커니즘과 일치하는가, 아니면 제3의 천체에 의한 영향인가?
• RQ3 Hα, Ca ii H&K, Ca ii IRT, Li i 등의 크로모스피어 활동 지표가 시기별로 어떻게 변화하는가? 이는 자기 활동의 구조적 특성을 어떻게 드러내는가?
• RQ4 관측된 크로모스피어 활동 변화와 궤도주기 변화 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ5 FF UMa의 운동학적 배경과 진화 상태는 어떠한가? 캐스터 이동군 구성원 여부를 뒷받침하는가?

주요 결과

• 시스템은 11년 간 dP/P ≈ 10⁻⁴의 궤도주기 변화를 보이며, 이는 지금까지 관측된 RS CVn 시스템 중에서 가장 크다.
• 개선된 궤도 해석은 주기 3.274일인 거의 원형 궤도를 확인하며, 동기 회전과 광도 주기와 일치한다.
• 주성은 질량 MP = 1.67 M☉, R sin iP = 2.17 R☉인 하지구성으로 확인되었고, 보조성은 K0V 항성이다.
• 투영 회전 속도는 주성의 경우 v sin i = 33.57 ± 0.45 km s⁻¹, 보조성의 경우 32.38 ± 0.75 km s⁻¹로, 빠른 회전을 나타낸다.
• Li i λ6707.8 선의 존재와 운동학적 분석(U, V, W)을 통해 캐스터 이동군 구성원임을 확인한다.
• 크로모스피어 활동 지표는 반대 상관을 보인다: Hα와 발머 선은 Ca ii IRT 에미션이 낮을 때 최고에 이르며, 이는 각각 프로미네인스 유사 및 플라즈마 유사 에미션 영역을 나타낸다.