[논문 리뷰] VLT multi-object spectroscopy of 33 eclipsing binaries in the Small Magellanic Cloud. New distance and depth of the SMC, and a record-breaking apsidal motion

P. North, R. Gauderon외 2명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2010. 05. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 59인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 금속 농도가 낮은 소마그ellan운성운(SMC) 내 33개의 일식 쌍성에 대한 VLT FLAMES 다중객체 분광법을 제시하며, 반직경 속도 곡선과 OGLE-II 광도 곡선을 결합하여 정밀한 항성 파라미터와 새로운 거리 모듈러스 19.11 ± 0.03 (66.4 ± 0.9 kpc)를 도출한다. 이는 탈리된 B형 쌍성에서 기록적인 7.6년의 아프실 운동을 보고하며, SMC에 대한 장거리 척도를 지지하고 있으며, 질량비 분포가 평탄하며 q ≈ 0.72에서 급격한 절단을 보임을 드러낸다.

ABSTRACT

Aim: Our purpose is to provide reliable stellar parameters for a significant sample of eclipsing binaries, which are representative of a whole dwarf and metal-poor galaxy. We also aim at providing a new estimate of the mean distance to the SMC and of its depth along the line of sight for the observed field of view. Method: We use radial velocity curves obtained with the ESO FLAMES facility at the VLT and light curves from the OGLE-II photometric survey. The radial velocities were obtained by least-squares fits of the observed spectra to synthetic ones, excluding the hydrogen Balmer lines. Results: Our sample contains 23 detached, 9 semi-detached and 1 overcontact systems. Most detached systems have properties consistent with stellar evolution calculations from single-star models at the standard SMC metallicity Z = 0.004, though they tend to be slightly overluminous. The few exceptions are probably due to third light contribution or insufficient signal-to-noise ratio. The mass ratios are consistent with a flat distribution, both for detached and semi-detached/contact binaries. A mass-luminosity relation valid from ~4 to ~18 Msol is derived. The uncertainties are in the +-2 to +-11% range for the masses, in the +-2 to +-5% range for the radii and in the +-1 to +-6% range for the effective temperatures. The average distance modulus is 19.11+-0.03 (66.4+-0.9 kpc). The moduli derived from the V and from the I data are consistent within 0.01 mag. The 2-sigma depth of the SMC is, for our field, of 0.25 mag or 7.6 kpc under the assumption of a gaussian distribution of stars along the line of sight. Three systems show significant apsidal motion, one of them with an apsidal period of 7.6 years, the shortest known to date for a detached system with main sequence stars.

연구 동기 및 목표

• 금속 농도가 낮은 SMC 내 대표적인 일식 쌍성 샘플에 대한 신뢰할 수 있는 기본 항성 파라미터를 결정하기 위해.
• 탈리된 및 반탈리된 쌍성을 표준 캔들로 사용하여 SMC 거리 모듈러스의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 거리 모듈러스의 산란을 이용해 천구선을 향한 SMC의 고유 깊이를 측정하기 위해.
• 거대 쌍성에서의 아프실 운동을 측정하여 항성 구조 모델을 시험하기 위해.
• 이전 연구에서의 이질성 문제를 해결하기 위해 탈리된 및 반탈리된 시스템의 질량비 분포를 평가하기 위해.

제안 방법

• 고신호 대비 비율의 FLAMES-GIRAFFE 스펙트럼을 이용해 합성 스펙트럼에 최소 제곱법을 적용하여 반직경 속도 곡선을 유도하였으며, 수소 발머선은 제외하였다.
• OGLE-II 설문의 광도 곡선를 반직경 속도와 함께 사용하여 궤도 해법과 항성 파라미터를 결정하였다.
• 항성 파라미터(질량, 반지름, T_eff)는 WD 항성 진화 코드와 KOREL 반직경 속도 피팅 코드를 연계한 PHOEBE 인터페이스를 통해 계산하였다.
• 절대 반지름과 효과적 온도로부터 거리 모듈러스를 계산하였으며, 불확실성은 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 전파하였다.
• 다수의 에포크에 걸쳐 궤도 해법을 피팅하고 관측된 예리한 속도를 이론적 예측과 비교하여 아프실 운동을 측정하였다.
• SMC의 깊이는 선형 방향으로 가우시안 분포를 가정할 때 개별 거리 모듈러스의 2σ 산란으로 추정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스펙트럼 및 광도 데이터를 바탕으로 33개의 일식 쌍성 샘플을 이용해 소마그ellan운성운(SMC)에 대한 가장 정확한 거리 모듈러스는 무엇인가요?
• RQ2 관측된 영역에서 SMC가 천구선을 향해 가진 고유 깊이는 개별 거리 모듈러스의 산란으로 제약을 받는 바, 얼마인가요?
• RQ3 거대 탈리된 이중성에서의 아프실 운동의 의미와 물리적 기원은 무엇이며, 항성 구조 및 진화의 맥락에서 어떻게 설명될 수 있나요?
• RQ4 SMC 내 탈리된 및 반탈리된 이중성의 관측된 질량비는 이론적 기대치와 이전 관측 샘플과 비교해 어떻게 다릅니까?
• RQ5 SMC 이중성의 관측된 항성 파라미터가 Z = 0.004 조건에서의 단일 항성 진화 모델 예측과 얼마나 일치합니까?

주요 결과

• SMC의 평균 거리 모듈러스는 19.11 ± 0.03이며, 이는 거리 66.4 ± 0.9 kpc에 해당하며, 짧은 거리 척도보다 장거리 척도를 지지한다.
• 관측된 영역에서 SMC의 2σ 깊이는 0.25 mag(7.6 kpc)이며, 천구선을 향한 항성의 가우시안 분포와 일치한다.
• 탈리된 이중성 중 하나인 5 266131은 주계열 B형 별 중에서 알려진 바 가장 짧은 아프실 운동 주기 7.6년을 보이며, 비점질량 구조에 의해 구동된다.
• 23개의 탈리된 시스템에 대한 질량-광도 관계는 질량 범위 ∼4에서 ∼18 M☉ 동안 유효하며, 질량 불확실성은 ±2%에서 ±11%까지, 반지름 불확실성은 ±2%에서 ±5%까지이다.
• 탈리된 시스템의 질량비 분포는 q ≈ 0.72에서 급격한 절단을 보이는 평탄한 스펙트럼을 보이며, 쌍둥이 가설을 기각하고 이전 샘플에서의 관측 편향을 시사한다.
• SMC의 H II 영역 기체의 반직경 속도 분포는 이중 피크를 보이며, 각각 145.2 ± 0.5 km s⁻¹와 161.4 ± 0.6 km s⁻¹에 위치하여 운동학적 하위구조를 나타낸다.