[논문 리뷰] The EBLM Project I-Physical and orbital parameters, including spin-orbit angles, of two low-mass eclipsing binaries on opposite sides of the Brown Dwarf limit

A. H. M. J. Triaud, Leslie Hebb외 19명|Figshare|2012. 08. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 110인용 수 51

한 줄 요약

이 논문은 지구 기반 천체망원경에서 확보한 다중 파장 광도 측정 및 라디얼 속도 측정을 통해, 두 개인 저질량 쌍성계인 WASP-30b(이슬람형 복합성 행 星)와 J1219–39b(95±2 M_Jup, 별과 브라운드워프의 경계 근처)의 정밀한 물리적 및 궤도적 파arameter를 제시한다. 두 시스템 모두 주성의 적도 평면과 궤도 평면이 정렬되어 있으며, J1219–39b의 경우 이론적 질량-반지름 관계와 일치하는 데이터를 보이며, WASP-30b는 이 관계를 초과하여 위치해 있어 가능한 팽창 또는 모델의 한계를 시사한다.

ABSTRACT

This paper introduces a series of papers aiming to study the dozens of low mass eclipsing binaries (EBLM), with F, G, K primaries, that have been discovered in the course of the WASP survey. Our objects are mostly single-line binaries whose eclipses have been detected by WASP and were initially followed up as potential planetary transit candidates. These have bright primaries, which facilitates spectroscopic observations during transit and allows the study of the spin-orbit distribution of F, G, K+M eclipsing binaries through the Rossiter-McLaughlin effect. Here we report on the spin-orbit angle of WASP-30b, a transiting brown dwarf, and improve its orbital parameters. We also present the mass, radius, spin-orbit angle and orbital parameters of a new eclipsing binary, J1219-39b (1SWAPJ121921.03-395125.6, TYC 7760-484-1), which, with a mass of 95 +/- 2 Mjup, is close to the limit between brown dwarfs and stars. We find that both objects orbit in planes that appear aligned with their primaries' equatorial planes. Neither primaries are synchronous. J1219-39b has a modestly eccentric orbit and is in agreement with the theoretical mass--radius relationship, whereas WASP-30b lies above it.

연구 동기 및 목표

• 0.4 M_⊙ 이하의 질량-반지름도에 공백이 있는 F, G, K형 주성과 M형 왜성 또는 브라운드워프 보조성으로 구성된 저질량 쌍성계(EPLMs)를 특성화하기 위해.
• 이슬람형 복합성 행성과 저질량 별을 가진 시스템에서 로시터-맥클라우린 효과를 통해 스핀-오비트 각도를 측정하기 위해.
• 특히 수소 연소 한계 근처의 M형 별과 브라운드워프에 대해 관측된 질량과 반지름을 이론적 예측과 비교하여 항성 진화 모델을 시험하기 위해.
• 스펙트로스코픽으로 유도된 vsini 값과 로시터-맥클라우린 효과로 유도된 vsini 값 간의 차이를 분석하고, 매크로터뷰렌스 보정 정확도를 평가하기 위해.
• 더 높은 질량의 쌍성계와 외계행성계와의 비교를 통해 저질량 쌍성계의 천체역학적 역사와 tidal 상호작용을 탐구하기 위해.

제안 방법

• 남아프리카 공화국 수서랜드에 위치한 WASP-소스 광도 측정 자료를, 유럽남반천문대 3.6 m 및 1.2 m 망원경에 탑재된 CORALIE 및 HARPS 스펙트로그래프에서 확보한 라디얼 속도 측정 자료와 융합한다.
• 칠레 라실리아에 위치한 1.2 m 유레르 망원경의 EulerCam 카메라 및 자동화된 60 cm TRAPPIST 망원경에서 확보한 광도 자료를 사용한다.
• 빛의 궤도 곡선과 라디얼 속도 곡선을 동시에 모델링하여 질량, 반지름, 궤도 파arameter 및 시스템 기울기 각도를 유도한다.
• 로시터-맥클라우린 효과를 적용하여 스핀-오비트 각도(β)를 측정하고 주성의 회전 속도(V sin i*)를 추론한다.
• F, G, K형 주성의 대기 및 진화 모델을 사용하여 시스템의 금속도를 유도하고 항성 파arameter를 제약한다.
• 관측된 질량-반지름 분포를 Baraffe 등(2003)의 10-Gyr 진화 궤적과 비교하여 모델의 일치 정도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 브라운드워프 한계를 가로지르는 두 저질량 쌍성계인 WASP-30b와 J1219–39b의 정밀한 질량, 반지름 및 궤도 파aram터는 무엇인가?
• RQ2 이 시스템들의 궤도 평면은 주성의 스핀 축과 정렬되어 있는가, 스핀-오비트 각도 측정으로부터 이를 확인할 수 있는가?
• RQ3 관측된 질량-반지름 관계는 이론적 항성 진화 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 왜 매크로터뷰렌스 보정을 통해 유도된 스펙트로스코픽 vsini 값과 로시터-맥클라우린 효과로 유도된 값 간에 차이가 나는가?
• RQ5 로시터-맥클라우린 효과는 저질량 쌍성계에서 항성의 회전 속도와 매크로터뷰렌스를 신뢰할 만한 도구로 사용할 수 있는가?

주요 결과

• WASP-30b는 약 63 M_Jup의 질량을 지닌 이슬람형 복합성 행성으로, 스핀-오비트 각도가 정렬과 일치하는(β ≈ 0°) 것으로 나타나 궤도 평면이 공면임을 시사한다.
• 질량 95±2 M_Jup의 J1219–39b는 수소 연소 한계 이하에 위치하며 스핀-오비트 각도가 정렬과 일치하는 것으로 나타났다.
• J1219–39b의 질량-반지름 관계는 10-Gyr 이론적 진화 궤적과 양호하게 일치하여 모델 예측을 지지한다.
• WASP-30b의 관측된 반지름은 이론적 질량-반지름 관계를 초과하여, 가능한 팽창 또는 모델의 결함을 시사한다.
• 스펙트로스코픽으로 유도된 vsini 값과 로시터-맥클라우린 효과로 유도된 값 간의 격차는 매크로터뷰렌스 보정이 과대평가할 수 있음을 시사한다.
• 이 시스템들은 동기화되어 있지 않으며, J1219–39b는 약간의 타원도(e ≈ 0.05)를 지닌 궤도를 가지고 있어 tidal 진화 모델과 일치한다.