[논문 리뷰] The EBLM Project VI. The mass and radius of five low-mass stars in F+M binaries discovered by the WASP survey

Samuel Gill, P. F. L. Maxted외 31명|Edinburgh Research Explorer|2019. 04. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 104인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 WASP 탐사에서 발견된 F+M 일식 이중성계에 속한 다섯 개인 저질량 M형 주계열 별의 질량과 반지름을 동시에 운동속도 및 광도 변화 곡선 모델링을 통해 측정한다. 항성 팽창에 대한 명백한 증거는 없지만, 연직계 수명 주기 모델의 파rameter(예: 혼합 길이 및 He 함량)와 림-어두움 법칙, 제3광도 오염 등에 기인한 체계적 오차가 M형 별의 질량과 반지름 추정치에 최대 5–8%까지 영향을 줄 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Some M-dwarfs around F-/G-type stars have been measured to be hotter and larger than predicted by stellar evolution models. Inconsistencies between observations and models need addressing with more mass, radius and luminosity measurements of low-mass stars to test and refine evolutionary models. Our aim is to measure the masses, radii and ages of the stars in five low-mass eclipsing binary systems discovered by the WASP survey. We use WASP photometry to establish eclipse-time ephemerides and to obtain initial estimates for the transit depth and width. Radial velocity measurements were simultaneously fitted with follow-up photometry to find the best-fitting orbital solution. This solution was combined with measurements of atmospheric parameters to interpolate evolutionary models and estimate the mass of the primary star, and the mass and radius of the M-dwarf companion. We assess how the best fitting orbital solution changes if an alternative limb-darkening law is used and quantify the systematic effects of unresolved companions. We also gauge how the best-fitting evolutionary model changes if different values are used for the mixing length parameter and helium enhancement. We report the mass and radius of five M-dwarfs and find little evidence of inflation with respect to evolutionary models. The primary stars in two systems are near the ``blue hook'' stage of their post sequence evolution, resulting in two possible solutions for mass and age. We find that choices in helium enhancement and mixing-length parameter can introduce an additional 3-5\,\% uncertainty in measured M-dwarf mass. Unresolved companions can introduce an additional 3-8\% uncertainty in the radius of an M-dwarf, while the choice of limb-darkening law can introduce up to an additional 2\% uncertainty.

연구 동기 및 목표

• WASP 탐사에서 발견된 F+M 일식 이중성계에 속한 다섯 개인 저질량 M형 별의 정밀한 질량, 반지름, 연령 측정
• 림-어두움 법칙, 제3광도 오염, 항성 진화 모델 파rameter(예: 혼합 길이, He 농도) 선택에 기인한 체계적 오차 평가
• 관측된 M형 별이 이론적 모델에 비해 팽창되어 있는지 여부 테스트, 특히 저질량 항성 진화 이론적 불일치와 관련하여
• 해결되지 않은 이중성 별과 궤도 해석의 정합성에 기인한 시스템의 물리적 성질에 미치는 영향 평가
• M형 별 성질에 대한 고정밀 제약 조건 제공을 통해 항성 진화 모델의 정밀화 및 검증

제안 방법

• 각 일식 이중성계의 최적 궤도 해를 도출하기 위해 운동속도 곡선과 후속 광도 변화 곡선을 동시에 피팅
• Claret의 4매개변수 림-어두움 법칙 사용 및 ldtk 도구를 통해 이론적 계수를 도출한 2차원 법칙과 비교하여 림-어두움 민감도 평가
• eblmmass 코드를 통한 진화 모델 보간을 활용해 대기 온도(Teff), [Fe/H], log g를 이용해 질량, 반지름, 연령 추정
• 혼합 길이 파aram터(αMLT) 및 He 농도 증가(ΔY)와 같은 핵심 모델 파aram터를 체계적으로 변화시켜 유도된 항성 성질에 미치는 영향 정량화
• 후속 광도 측정에서 상관된 노이즈를 반영하기 위해 레드 노이즈 모델(Matern-3/2 커널) 적용, 특히 J2308−46와 같은 시스템에서 중요
• 해결되지 않은 이중성 별에서 기인한 10% 광도 기여를 시뮬레이션하여 제3광도 오염이 반지름 측정에 미치는 영향 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 F+M 이중성계 내 M형 별 이웃성의 측정된 반지름이 표준 항성 진화 모델 예측과 얼마나 일치하는가?
• RQ2 림-어두움 법칙의 불확실성이 이중성계 성분의 반지름과 질량 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 제3광도 오염(예: 해결되지 않은 이중성 별)이 M형 별 반지름 측정 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 항성 모델에서 혼합 길이 파aram터(αMLT)와 He 농도(ΔY)의 변화가 M형 별 이웃성의 질량과 연령 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 관측된 M형 별은 이론적 모델에 비해 팽창 또는 수축의 징후를 보이며, 이러한 결론은 모델 및 측정 불확실성 하에서 얼마나 강인한가?

주요 결과

• 다섯 시스템의 M형 별 이웃성은 팽창에 대한 명백한 증거를 보이지 않으며, 두 시스템(J2308−46 및 J1847+39)은 각각 2σ 및 1.5σ 유의수준에서 수축을 보임.
• J0218−31는 1σ 범위 내에서 모델과 일치하지만, 중간 정도의 증거가 수축 가능성을 암시함.
• J2349−32는 1σ 반지름 팽창을 보이며, J1436−13는 높은 영향력 비율을 지녀 팽창 평가가 불확실함.
• 림-어두움 법칙 선택에 기인한 추가 불확실성은 M형 별 반지름 측정에 최대 2%까지 영향을 줌.
• 해결되지 않은 이중성 별에서 기인한 제3광도 오염은 유도된 M형 별 반지름을 3–8% 증가시킬 수 있어, 광도 분리가 필요함.
• 혼합 길이 파aram터(αMLT) 및 He 농도 증가(ΔY)의 불확실성은 M형 별 질량 추정치에 최대 3–5%의 추가 불확실성 기여