[논문 리뷰] The Photometric Study of Six W UMa Systems and Investigation of the Mass-Radius Relations for Contact Binary Stars

Atila Poro, Ehsan Paki외 14명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 50인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 27개의 다중관측소 관측을 통해 6개의 W UMa 접촉 이중성 시스템(EI Oct, V336 TrA, NX Boo, V356 Boo, PS Boo, V2282 Cyg)에 대한 최초의 광도 분석을 수행한다. MCMC로 피팅된 광도곡선 해석과 Gaia EDR3의 별거리 측정치를 활용하여, 업데이트된 절대 물리적 파arameter들을 유도하고, 새로운 질량-반지름(M−R) 및 질량비-반지름비 관계를 수립하며, V336 TrA와 PS Boo에서 궤도 주기 증가를 확인하여 접촉 이중성의 진화에 대한 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

We present the photometric analysis of six short-period systems (EI Oct, V336 TrA, NX Boo, V356 Boo, PS Boo, and V2282 Cyg). This is the first photometric analysis of these systems except for V336 TrA. Observations were conducted for 27 nights at three observatories in the northern and southern hemispheres. We calculated a new ephemeris for each of the systems using our minimum times and additional literature. The Markov Chain Monte Carlo (MCMC) approach was used to determine the eclipse timing variation trends of the systems. We found a likely orbital growth for V336 TrA and PS Boo; four other systems show a linear trend in orbital period changes, which is most likely due to the accumulation of measurement errors in their linear ephemeris parameters. The light curve analysis was performed using the Physics of Eclipsing Binaries (PHOEBE) 2.3.59 version code with the MCMC approach. The absolute parameters of the systems were calculated by using the Gaia Early Data Release 3 (EDR3) parallax. The positions of the systems were also depicted on the Hertzsprung-Russell (H-R) and $logJ_0-logM$ diagrams. According to a sample, we were able to present relations for the mass-radius (M-R) relationships of contact binary systems. There is also a strong relationship between the mass ratio and the radius ratio in the W UMa systems for which we also provided a new relation. We compared the M-R updated relationships in this study with seven systems in other studies obtained using the spectroscopic method. In addition, we estimated some of the absolute parameters for 1734 EW systems, based on the new relationships.

연구 동기 및 목표

• 6개의 단기주기 W UMa 접촉 이중성에 대한 최초의 광도곡선 분석을 수행하기 위해.
• MCMC로 피팅된 최소 시각을 사용하여 업데이트된 천체일기(eclipses)를 도출하고, 일식 시각 변화(Eclipse Timing Variations, ETVs)를 탐지하기 위해.
• PHOEBE 2.3.59와 Gaia EDR3 별거리 측정치를 활용하여 절대 물리적 파arameter들(질량, 반지름, 복사광도)을 유도하기 위해.
• W UMa 시스템을 위한 새로운 질량-반지름(M−R) 및 질량비-반지름비 관계를 수립하기 위해.
• 유도된 M−R 관계를 활용하여 문헌에 기록된 1,734개의 EW 시스템의 절대 물리적 파arameter들을 추정하기 위해.

제안 방법

• 3개의 관측소에서 남반구와 북반구에서 27개의 야간에 걸쳐 다중에포크 광도 관측을 수행하였다.
• 일식 최소 시각을 추출하여 잔차를 최소화하기 위해 MCMC 피팅을 통해 새로운 천체일기를 계산하였다.
• 광도곡선 해석은 PHOEBE 2.3.59 코드를 사용하여 MCMC를 활용해 시스템 파arameter들을 도출하였다.
• Gaia EDR3 별거리 측정치를 사용하여 6개 시스템의 절대 물리적 파arameter들(질량, 반지름, 복사광도)을 계산하였다.
• 6개 시스템에서 유도된 M−R 및 q−R 관계를 바탕으로 7개의 분광학적 측정 시스템과 비교하였다.
• 신규로 유도된 M−R 관계를 활용하여 문헌에 기록된 1,734개의 EW 시스템의 파arameter들을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연구된 6개의 W UMa 시스템에 대한 업데이트된 천체일기와 일식 시각 변화(Eclipse Timing Variations, ETVs)는 무엇인가?
• RQ2 분광학적 연구에서 유도된 관계와 비교할 때, W UMa 시스템의 유도된 질량-반지름(M−R) 관계는 어떻게 다른가?
• RQ3 W UMa 시스템에서 질량비(q)와 반지름비(R1/R2) 사이의 관계는 무엇이며, 새로운 경험적 관계를 수립할 수 있는가?
• RQ4 이 시스템들에서 관측된 궤도 주기 추세는 진정한 물리적 변화인지, 측정 오차의 영향인지 어느 정도인지?
• RQ5 최근 유도된 M−R 관계는 대규모 EW 시스템 샘플의 파arameter들을 신뢰성 있게 추정하는 데 적용될 수 있는가?

주요 결과

• V336 TrA와 PS Boo에서 궤도 주기 증가가 유력하게 확인되어, 물질 이동 또는 운동량 손실에 의한 물리적 변화를 시사한다.
• NX Boo, V356 Boo, V2282 Cyg, EI Oct 4개 시스템에서 선형 천체일기 추세가 관측되어, 과거 선형 피팅에서 누적된 측정 오차의 영향일 가능성이 높다.
• Gaia EDR3 별거리 측정치를 기반으로 6개 시스템의 데이터를 바탕으로 W UMa 접촉 이중성에 대한 새로운 경험적 질량-반지름(M−R) 관계를 유도하였다.
• 질량비(q)와 반지름비(R1/R2) 사이의 새로운 관계를 수립하였으며, W UMa 시스템에서 강한 상관관계를 보였다.
• 신규로 유도된 M−R 관계를 활용하여 1,734개의 EW 시스템에 대한 절대 물리적 파arameter들을 추정하였으며, 알려진 접촉 이중성의 특성 샘플을 향상시켰다.
• 업데이트된 M−R 관계는 7개의 분광학적 측정 시스템과 양호한 일치를 보이며, 파arameter 추정에 광도법이 신뢰할 수 있음을 검증하였다.