[논문 리뷰] Rediscussion of eclipsing binaries. Paper III. The interferometric, spectroscopic and eclipsing binary V1022 Cassiopeiae

J. Southworth|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 TESS 저광도 관측과 고해상도 스펙트로스코피적 라디얼 속도를 이용하여 Eclipse binary인 V1022 Cassiopeiae의 질량과 반지름을 처음으로 고정밀도로 측정하였다. 질량은 각각 1.626±0.001 M☉ 및 1.609±0.001 M☉, 반지름은 각각 2.591±0.026 R☉ 및 2.472±0.027 R☉이며, 네 가지 독립적인 방법을 통해 일관된 거리 약 63.4–64.0 pc를 확보하였고, 이는 약 2 Gyr의 나이에서 태양 금속성 진화 모델과 일치한다.

ABSTRACT

V1022 Cas has been known as a spectroscopic binary for a century. It was found to be eclipsing based on photometry from the Hipparcos satellite, and an astrometric orbit was recently obtained from near-infrared interferometry. We present the first high-precision measurement of the radii of the stars based on light curves obtained by the TESS satellite. Combined with published radial velocities from high-resolution spectra, we measure the masses of the stars to be 1.626 +/- 0.001 Msun and 1.609 +/- 0.001 Msun, and the radii to be 2.591 +/- 0.026 Rsun and 2.472 +/- 0.027 Rsun. The 12.16-d orbit is eccentric and the stars rotate sub-synchronously, so the system is tidally unevolved. A good match to these masses and radii, and published temperatures of the stars, is found for several sets of theoretical stellar evolutionary models, for a solar metallicity and an age of approximately 2 Gyr. Four separate distance determinations to the system are available, and are in good agreement. The distances are based on surface brightness calibrations, theoretical bolometric corrections, the Gaia parallax, and the angular size of the astrometric orbit. A detailed spectroscopic analysis of the system to measure chemical abundances and more precise temperatures would be helpful.

연구 동기 및 목표

• DEBCat 데이터베이스에 포함하기 위해 V1022 Cassiopeiae의 스펙트로스코픽-아스트로메트릭- eclipsing 이중성의 질량과 반지름을 고정밀도로 측정하는 것.
• 표면 밝기, 볼로메트릭 보정, Gaia 파라렐랙스, 간섭계 궤도 크기에서 유도된 다수의 독립적 거리 측정치 간의 일관성 테스트.
• 관측된 항성 파라미터를 이론적 진화 모델과 비교하여 나이, 금속성 및 진화 상태를 추론하는 것.
• 향후 정교화를 위해 더 향상된 스펙트로스코픽 분석을 통한 광학적 성분 농도 및 효율 온도 측정 필요성 규명.

제안 방법

• TESS 섹터 17 및 24의 고정밀 광 light curve를 사용하여 부분 일식을 모델링하고 상대 반지름을 유도하였다.
• 고해상도 스펙트로스코피(Fekei 등 2005)에서 유도된 라디얼 속도를 궤도 해법과 결합하여 개별 항성 질량을 결정하였다.
• K-대역 간섭계 아스트로메트릭 궤도(CHARA 어레이)로부터 기하학적 거리와 궤도 기울기의 정확성을 확인하였다.
• 표면 밝기-온도 관계와 볼로메트릭 보정을 적용하여 광도 및 효율 온도에서 거리 추정치를 유도하였다.
• 이론적 항성 진화 모델(PARSEC, Dartmouth, Yonsei-Yale)을 관측된 질량, 반지름, 온도와 비교하여 나이와 금속성을 추론하였다.
• 네 가지 독립적 거리 추정치를 상호 검증: 표면 밝기, 볼로메트릭 보정, Gaia DR2 파라렐랙스, 간섭계 각도 반장축.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TESS 광도 관측과 스펙트로스코픽 라디얼 속도를 기반으로 V1022 Cassiopeiae의 두 F6 V 별의 정밀 질량과 반지름은 무엇인가요?
• RQ2 이 시스템에 대해 표면 밝기, 볼로메트릭 보정, Gaia 파라렐랙스, 간섭계 궤도 크기에서 유도된 네 가지 독립적 거리 추정치는 얼마나 일관되나요?
• RQ3 이론적 항성 진화 모델과 비교했을 때 V1022 Cassiopeiae의 최적 적합 나이와 금속성은 무엇인가요?
• RQ4 관측된 질량, 반지름, 온도가 약 2 Gyr에서 태양 금속성 모델 예측과 얼마나 일치합니까?
• RQ5 효율 온도 및 화학 농도 측정의 더 높은 정밀도 스펙트로스코픽 측정을 통해 어떤 정밀도 향상이 기대될 수 있나요?

주요 결과

• V1022 Cassiopeiae의 두 별의 질량은 0.1% 정밀도로 측정됨: 각각 1.626±0.001 M☉ 및 1.609±0.001 M☉.
• 반지름은 1% 정밀도로 결정됨: 각각 2.591±0.026 R☉ 및 2.472±0.027 R☉로, 부분 일식 깊이 및 빛 비율 정밀도에 의해 제한됨.
• 네 가지 독립적 거리 추정치—표면 밝기(63.2±1.1 pc), 볼로메트릭 보정(62.7±1.0 pc), 간섭계(64.02±0.27 pc), Gaia DR2(63.42±0.35 pc)—는 1.4σ 이내로 일치함.
• 이 시스템은 태양 금속성과 약 2 Gyr의 나이와 일관되며, PARSEC, Dartmouth, Yonsei-Yale 진화 모델에 의해 확인됨.
• 이 별들은 조석적으로 불균형이며, 12.16일의 이심률이 있는 궤도에서 비동기적으로 회전하고 있어, 동기 조석 평형 상태에 있지 않음.
• 더 정밀한 스펙트로스코픽 분석이 필요하며, 효율 온도 및 화학 농도 측정을 통해 모델 집합 간의 구분을 높이고 불확실성을 감소시킬 수 있음.