[논문 리뷰] Searching for Potential Mergers among 22 500 Eclipsing Binary Stars in the OGLE-III Galactic Bulge Fields

P. Pietrukowicz, I. Soszyński외 9명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 20.

Astronomical Observations and Instrumentation인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 은하수 빛개역의 OGLE-III 천구 빛개 영역에서 22,462개의 단주기 금성일식 쌍성계를 분석하여 향후 항성 융합의 징후로 볼 수 있는 주기 변화를 탐색한다. OGLE-I에서 OGLE-IV에 이르는 다중 에포크 광도측정 자료를 사용하여 주기 감소가 뚜렷한 56개의 시스템을 확인했으며, 주로 접촉 쌍성계이지만 V1309 Sco가 융합하기 전에 관측된 것처럼 급격한 감쇠는 보이지 않아, 즉각적인 융합보다는 제3체 또는 sunspot 활동이 더 가능성 있는 원인으로 보인다.

ABSTRACT

Inspired by the discovery of the red nova V1309 Sco (Nova Scorpii 2008) and the fact that its progenitor was a binary system with a rapidly decreasing orbital period, we have searched for period changes in OGLE binary stars. We have selected a sample of 22 462 short-period (P_orb < 4d) eclipsing binary stars observed toward the Galactic bulge by the OGLE-III survey in years 2001-2009. This dataset was extended with photometry from OGLE-II (1997-2000) and the first six years of OGLE-IV (2010-2015). For some stars, the data were supplemented with OGLE-I photometry (1992-1995). After close inspection of the whole sample we have found 56 systems with realistic period decrease and 52 systems with realistic period increase. We have also recognized 35 systems with cyclic period variations. The highest negative period change rate of -1.943 x10^-4 d/y has been detected in detached eclipsing binary OGLE-BLG-ECL-139622 with P_orb = 2.817 d, while all other found systems are contact binaries with orbital periods mostly shorter than 1.0 d. For 22 our systems with decreasing orbital period the absolute rate is higher than the value reported recently for eclipsing binary KIC 9832227. Interestingly, there is an excess of systems with high negative period change rate over systems with positive rate. We cannot exclude the possibility that some of the contact binaries with relatively long orbital period and high negative period change rate will merge in the future. However, our results rather point to the presence of tertiary companions in the observed systems and/or spot activity on the surface of the binary components.

연구 동기 및 목표

• V1309 Sco의 빨간색 초신성과 유사하게 향후 항성 융합의 징후로 볼 수 있는 금성일식 쌍성계의 주기 변화 존재 여부를 조사한다.
• 감소하는 궤도 주기 보유 시스템이 주기 변화 패턴에 따라 곧바로 융합의 위험에 처해 있는지 평가한다.
• 융합, 제3체의 영향, 항성 활동(예: sunspot)에 의한 주기 변화를 구분한다.
• 높은 음성 주기 변화율을 보이는 후보 시스템을 향후 관측 대상으로 식별한다.
• 제3체 동반성과 항성 표면점 활동이 관측된 주기 변화를 설명하는 데 기여하는 정도를 평가한다.

제안 방법

• 은하수 빛개 영역에서 OGLE-III 자료를 바탕으로 4일 이하의 궤도 주기를 가진 22,462개의 금성일식 쌍성계를 선별했다.
• 시간적 기간 연장 목적을 위해 OGLE-II(1997–2000), OGLE-IV(2010–2015), OGLE-I(1992–1995)의 광도측정 자료를 활용해 광도곡선을 연장했다.
• 광도측정 자료 정제 및 측정 정밀도 향상을 위해 차별 이미지 분석(Difference Image Analysis, DIA)을 적용했다.
• 광도곡선에 궤도 주기 해법을 적합시켜 단조로운 주기 변화(양성 또는 음성) 및 주기적 변동을 탐지했다.
• 색채성 활동 또는 밀집 동반성 존재 여부를 탐색하기 위해 X선 조사(Chandra 및 XMM-Newton) 결과와 시스템을 교차 매칭했다.
• 형태학적 분류(분리형, 반분리형, 접촉형)를 수행하고 빛의 강도 변화와 주기 변화 간 상관관계를 분석했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 빛개에 위치한 금성일식 쌍성계 중 즉각적인 항성 융합을 암시하는 주기 변화를 보이는 시스템이 존재하는가?
• RQ2 관측된 주기 변화 속도가 V1309 Sco와 같은 알려진 융합 전구자 시스템의 속도와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 제3체 궤도 영향 또는 항성 표면점 활동이 관측된 주기 변화를 얼마나 잘 설명할 수 있는가?
• RQ4 KIC 9832227(향후 융합 후보로 알려진 시스템)에서 보고된 값보다 높은 주기 변화율을 보이는 시스템은 어느 정도인가?
• RQ5 샘플 내에서 장기적 빛의 강도 변화와 주기 변화 간 상관관계가 존재하는가?

주요 결과

• 총 108개의 금성일식 쌍성계에서 신뢰할 수 있는 단조로운 주기 변화를 확인했으며, 감소하는 주기 변화를 보인 시스템은 56개, 증가하는 주기 변화를 보인 시스템은 52개였다.
• 가장 높은 음성 주기 변화율은 분리형 쌍성계 OGLE-BLG-ECL-139622에서 −1.943×10⁻⁴ d/y로 측정되었으며, 궤도 주기는 2.817 d였다.
• OGLE-BLG-ECL-139622를 제외한 주기 변화가 뚜렷한 모든 시스템은 1.0 d 이하의 주기를 가진 접촉 쌍성계였다.
• 음성 주기 변화를 보이는 22개의 시스템은 절대값 기준 −2×10⁻⁶ d/y 이상의 변화율을 보였으며, KIC 9832227에서 보고된 값보다 높았다.
• V1309 Sco 융합 5년 전에 관측된 −8.3×10⁻⁴ d/y 수준의 급격한 주기 감쇠를 보인 시스템은 없었으며, 이는 샘플 내에서 즉각적인 융합이 발생하지 않았음을 시사한다.
• Chandra 은하수 빛개 조사 영역 내에 위치한 32개의 이중성계 전부에 대해 X선 대응체를 발견하여, 대기권 활성 성분 또는 밀집 동반성 존재를 뒷받침했다.