[논문 리뷰] PENELLOPE II. CVSO 104: a pre-main sequence close binary with an optical companion in Ori OB1

A. Frasca, H. M. J. Boffin외 15명|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 13.

Scientific Research and Discoveries참고 문헌 2인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 오리 오브1의 주진행성 이중성인 CVSO 104의 첫 번째 스펙트로스코픽 궤도를 제시하며, 5일의 궤도 주기, 질량 비율 0.92, 그리고 이중성 주위 디스크를 나타내는 뚜렷한 적외선 과잉을 드러낸다. 양 성분은 유사한 속도로 낙착하고 있으며, Hα 및 Hβ 선에서 >100 km s⁻¹ 이동된 넓은 발산 특징을 보이며, 이는 디스크에서 유래한 낙착 통로 때문일 가능성이 높다. 이중성의 궤도는 약 500만 년이 지난 후에도 원형화되지 않은 타원형을 유지하고 있다.

ABSTRACT

We present results of our study of the close pre-main sequence spectroscopic binary CVSO 104 in Ori OB1, based on data obtained within the PENELLOPE legacy program. We derive, for the first time, the orbital elements of the system and the stellar parameters of the two components. The system is composed of two early M-type stars and has an orbital period of about 5 days and a mass ratio of 0.92, but contrarily to expectations does not appear to have a tertiary companion. Both components have been (quasi-)synchronized, but the orbit is still very eccentric. The spectral energy distribution clearly displays a significant infrared excess compatible with a circumbinary disk. The analysis of HeI and Balmer line profiles, after the removal of the composite photospheric spectrum, reveals that both components are accreting at a similar level. We also observe excess emission in H$\alpha$ and H$\beta$, which appears redshifted or blueshifted by more than 100 km/s with respect to the mass center of the system depending on the orbital phase. This additional emission could be connected with accretion structures, such as funnels of matter from the circumbinary disk. We also analyze the optical companion located at about 2".4 from the spectroscopic binary. This companion, that we named CVSO 104B, turns out to be a background Sun-like star not physically associated with the PMS system and not belonging to Ori OB1.

연구 동기 및 목표

• 오리 오브1의 주진행성 스펙트로스코픽 이중성 CVSO 104의 궤도 및 별성 파라미터를 규명하는 것.
• 젊은 이중성 시스템에서 낙착 과정에 영향을 주는 이중성 주위 디스크의 존재 여부를 조사하는 것.
• 이중성의 가까운 이중성 성질과 타원형 궤도를 고려할 때, 제3의 성분이 존재하는지 평가하는 것.
• Hα, Hβ 및 He i의 운동학적 및 발산선 프로파일을 분석하여 낙착 역학 및 디스크 구조를 추론하는 것.
• 광학적 성분인 CVSO 104 B가 이중성 시스템 및 오리 오브1과 물리적으로 연관되어 있는지 명확히 하는 것.

제안 방법

• 이중성 성분의 도전 속도 변화를 모델링하기 위해 VLT에서 PENELLOPE 레거시 프로그램의 일환으로 고해상도 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 도전 속도 곡선 피팅을 수행하여 궤도 요소를 유도하였으며, 이는 주기(P ≈ 5일), 이심률, 질량 비율(q ≈ 0.92)을 포함한다.
• 복합 광학 스펙트럼을 구성하고 이를 제거하여 Hα, Hβ 및 He i 선의 발산 특징을 분리하였다.
• 발산선의 운동학적 특성(속도 이동, FWHM)을 분석하여 [O i] λ6300Å 선을 통해 디스크 발산의 위치 및 운동학을 탐색하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED) 모델링을 사용하여 이중성 주위 디스크의 존재 및 범위를 추론하였으며, 최소 4.5 au(≥960 R⊙)로 추정하였다.
• 지상 기반(AAVSO, TESS) 및 위성 기반 광도 측정을 통합하여 임의의 변동성 및 잠재적 낙착 폭발을 탐지하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오리 오브1의 주진행성 이중성 CVSO 104의 궤도 및 별성 파라미터는 무엇인가요?
• RQ2 이중성 주위 디스크가 존재하는가? 그 범위와 질량 분포는 어떻게 되는가?
• RQ3 이중성의 양 성분이 유사한 낙착 속도를 보이며, 궤도 위상에 따라 발산선 프로파일은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 Hα 및 Hβ에서 관측된 넓고 비대칭적인 발산 특징은 시스템의 중심 속도에서 >100 km s⁻¹ 이동된 원인은 무엇인가요?
• RQ5 광학적 성분인 CVSO 104 B는 이중성 시스템과 물리적으로 연관되어 있는가, 아니면 배경에 있는 별인가요?

주요 결과

• CVSO 104의 궤도 주기는 5.02일이며, 질량 비율 0.92로 근사 동일 질량 이중성 시스템임을 시사한다.
• 이중성 시스템의 SED에서 뚜렷한 적외선 과잉이 관측되며, 최소 4.5 au(960 R⊙)까지 연장되는 이중성 주위 디스크에 의해 가장 잘 설명된다.
• 양 성분은 v sin i ≈ 6–7 km s⁻¹로 (준)동기화되어 있으나, 궤도는 여전히 이심률을 유지하고 있어 약 500만 년이 지난 후에도 완전한 원형화되지 않았다.
• Hα 및 Hβ 선의 발산선은 시스템 중심 속도에서 100 km s⁻¹ 이상 이동된 넓은 초과 성분을 보이며, 고속의 분출 또는 낙착 통로를 나타낸다.
• [O i] λ6300Å 선의 날카운 성분은 약 1 au 정도의 범위를 가진 이중성 주위 디스크 영역에서의 발산을 시사한다.
• 광학적 성분인 CVSO 104 B는 약 670 pc 거리에 위치한 배경의 태양형 별로, 366 pc 거리에 있는 주진행성 이중성 시스템과는 관련이 없다.