[논문 리뷰] Spectroscopic binaries among Hipparcos M giants I. Data, orbits, and intrinsic variations

Benoît Famaey, D. Pourbaix외 5명|2009. 01. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 52인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 OHP 관측소에서 확보한 도전 속도 데이터를 이용해 히파르코스 M 거성 중 12개의 새로운 스펙트로스코픽 쌍성 궤도를 제시하며, 알려진 M 거성 쌍성의 수를 크게 확장한다. 연구는 펄서레이션에 의한 내재적 도전 속도 변동이 주요 혼동 요인임을 밝혀내며, 일부 경우에서 가짜 궤도 해법이 유도됨을 확인하고, 샘플 내 X선을 방출하는 대부분의 M 거성은 쌍성임을 확인하여 저연령 항성에서의 쌍성 빈도와 궤도 매개변수에 대한 향후 통계 분석을 위한 데이터셋을 강화한다.

ABSTRACT

This paper is a follow-up of the vast effort to collect radial velocity data for stars belonging to the Hipparcos survey. We aim at extending the orbital data available for binaries with M giant primaries. The data will be used in the companion papers of this series to (i) derive the binary frequency among M giants and compare it to that of K giants (Paper II), and (ii) analyse the eccentricity-period diagram and the mass-function distribution (Paper III). Keplerian solutions are fitted to radial-velocity data. However, for several stars, no satisfactory solution could be found, despite the fact that the radial-velocity standard deviation is larger than the instrumental error, because M giants suffer from intrinsic radial-velocity variations due to pulsations. We show that these intrinsic radial-velocity variations can be linked with both the average spectral-line width and the photometric variability. We present an extensive collection of spectroscopic orbits for M giants, with 12 new orbits, plus 17 from the literature. Moreover, to illustrate the fact that the large radial-velocity jitter present in Mira and semi-regular variables may easily be confused with orbital variations, we also present examples of pseudo-orbital variations (in S UMa, X Cnc and possibly in HD 115521, a former IAU radial-velocity standard). Because of this difficulty, M giants involving Mira variables were excluded from our monitored sample. We finally show that the majority of M giants detected as X-ray sources are actually binaries.

연구 동기 및 목표

• 기존 카탈로그에서 미흡하게 다뤄진 M 거성 주성과 함께 스펙트로스코픽 쌍성 궤도 요소 데이터베이스를 확장하기 위해.
• 펄서레이션에 의해 유도되는 M 거성 내재적 도전 속도 변동이 궤도 운동을 모방하고 쌍성 탐지에 혼란을 줄 수 있는 문제를 다루기 위해.
• M 거성에서의 쌍성 빈도를 K 거성과 비교한 후속 분석을 위한 신뢰할 수 있는 데이터셋을 제공하기 위해.
• Mira 및 준정규 변수에서 관측된 광학 및 스펙트로스코픽 변동성에 기인한 진짜 궤도 해법과 가짜 궤도 변동을 구분하기 위해.
• 이전에 관측 혼란으로 쌍성으로 확인되지 않았던 X선을 방출하는 M 거성의 쌍성 성격을 확인하기 위해.

제안 방법

• OHP 관측소의 CORAVEL 및 ELODIE 스펙트로벨로미미터에서 확보한 도전 속도 데이터에 대해 케플러 궤도 해법을 적합시켰다.
• 도전 속도 측정치는 히파르코스 카탈로그에서 확보하였으며, 스펙트럼형과 절대 등급 기반으로 M 거성으로 식별하였다.
• 내재적 속도 변동은 도전 속도 산란과 스펙트럼선 너비, 광학적 변동성 간 상관관계 분석을 통해 분석하였으며, 펄서레이션 유도 진동이 주요 혼동 요인임을 규명하였다.
• S UMa, X Cnc, HD 115521과 같은 시스템에서 변동성이 궤도 운동을 모방함을 확인하고, 가짜 궤도 해법을 식별하고 철저히 분석하였다.
• 이 연구의 데이터와 이전 연구들(예: Reimers et al. 1988)의 데이터를 통합하여 궤도 해법을 정밀화하였으며, HD 108907(4 Dra)의 경우를 포함하여 적용하였다.
• 도전 속도 잔차와 기기 오차 간 통계적 비교를 통해 진짜 궤도 운동과 내재적 항성 변동성 간의 구분을 도모하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M 거성 중에서 스펙트로스코픽 쌍성의 진정한 빈도는 얼마이며, K 거성과 비교해 어떤가?
• RQ2 M 거성의 펄서레이션 변동이 도전 속도 신호를 얼마나 강하게 모방하는가? 그리고 이를 어떻게 구분할 수 있는가?
• RQ3 M 거성에서 관측된 도전 속도 진동의 본질은 무엇이며, 광학적 및 스펙트로스코픽 변동성과 어떤 관련이 있는가?
• RQ4 이 샘플 내 X선을 방출하는 M 거성 중 실제로 쌍성인 천체는 몇 개인가? 이는 그들의 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 높은 내재적 속도 노이즈가 존재하는 상황에서도 M 거성에 대해 신뢰할 수 있는 궤도 요소를 유도할 수 있는가? 그리고 현재 탐지 방법의 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 이 연구는 M 거성에 대해 12개의 새로운 스펙트로스코픽 쌍성 궤도를 제시하며, 신뢰할 수 있는 궤도 요소를 갖춘 알려진 시스템의 수를 크게 증가시켰다.
• 문헌에서 추가로 17개의 궤도 요소를 확보하였으며, 하나의 초보적 궤도 해법(근사적인 이심률과 주기 포함)을 확보하였다.
• 펄서레이션에 기인한 내재적 도전 속도 변동은 평균 스펙트럼선 너비와 광학적 변동성과 강하게 상관관계를 보였으며, 이는 가짜 양성 궤도 탐지의 원인을 설명한다.
• S UMa, X Cnc, HD 115521과 같은 시스템은 펄서레이션 진동으로 인한 가짜 궤도 변동을 보이며, 이로 인해 궤도 해법이 모호해졌다.
• 샘플 내 X선을 방출하는 M 거성의 대부분은 실제로 쌍성으로 확인되었으며, 이는 X선 방출과 쌍성 상호작용 사이에 강한 연관성이 있음을 시사한다.
• HD 108907(4 Dra)의 경우, 여러 관측소에서 확보한 도전 속도 데이터를 통합하여 잔차 진동이 0.6 km s⁻¹인 정밀한 궤도 해법을 도출하였다. 이는 풍압 공급형 백색왜성 연성의 존재와 일치한다.