[論文レビュー] Absolute dimensions of eclipsing binaries. XXVIII. BK Pegasi and other F-type binaries: Prospects for calibration of convective core overshoot

J. V. Clausen, S. Frandsen+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 58被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、F型食連星BK Pegasiの正確な絶対的次元および金属量を決定し、質量差が1.414±0.007 M☉および1.257±0.005 M☉、半径が1.988±0.008 R☉および1.474±0.017 R☉であることを特定した。より質量の大きな成分がモデルで若く見えるという観測された年齢の不一致は、星の進化モデルにおける対流核の過渡拡散を精緻化する必要があることを示唆しており、BK Pegと同様のF型連星を補正のためのツールとして用いるべきである。

ABSTRACT

We present a detailed study of the F-type detached eclipsing binary BK Peg, based on new photometric and spectroscopic observations. The two components, which have evolved to the upper half of the main-sequence band, are quite different with masses and radii of (1.414 +/- 0.007 Msun, 1.988 +/- 0.008 Rsun) and (1.257 +/- 0.005 Msun, 1.474 +/- 0.017 Rsun), respectively. The 5.49 day period orbit of BK Peg is slightly eccentric (e = 0.053). The measured rotational velocities are 16.6 +/- 0.2 (primary) and 13.4 +/- 0.2 (secondary) km/s. For the secondary component this corresponds to (pseudo)synchronous rotation, whereas the primary component seems to rotate at a slightly lower rate. We derive an iron abundance of [Fe/H] =-0.12 +/- 0.07 and similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, Cr and Ni. Yonsei-Yale and Victoria-Regina evolutionary models for the observed metal abundance reproduce BK Peg at ages of 2.75 and 2.50 Gyr, respectively, but tend to predict a lower age for the more massive primary component than for the secondary. We find the same age trend for three other upper main-sequence systems in a sample of well studied eclipsing binaries with components in the 1.15-1.70 Msun range, where convective core overshoot is gradually ramped up in the models. We also find that the Yonsei-Yale models systematically predict higher ages than the Victoria-Regina models. The sample includes BW Aqr, and as a supplement we have determined a [Fe/H] abundance of -0.07 +/- 0.11 for this late F-type binary. We propose to use BK Peg, BW Aqr, and other well-studied 1.15-1.70 Msun eclipsing binaries to fine-tune convective core overshoot, diffusion, and possibly other ingredients of modern theoretical evolutionary models.

研究の動機と目的

• F型食連星BK Pegasiの正確な絶対的次元（質量、半径、温度）および金属量を決定すること。
• F型連星において、より質量の大きな成分の年齢が、より質量の小さい成分よりもモデル予測で若く見えるという、星の進化モデルの予測における不一致を調査すること。
• Yonsei-YaleおよびVictoria-Reginaの星の進化モデルが、BK Pegおよび類似システムの観測パラメータをどれだけ正確に再現できるかを評価すること。
• 対流核の過渡拡散およびその他のモデル要因を精緻化するための、F型連星の補正サンプル（BK PegおよびBW Aqrを含む）を提案すること。
• 中質量星のモデル年齢予測の不確実性を低減するために、観測データおよびモデル物理に必要な改善を特定すること。

提案手法

• La Sillaに設置されたStrömgren自動望遠鏡（SAT）を用いて、高精度の$uvby$光曲線および$uvby\beta$標準的光度測定を取得した。
• La Palmaに設置されたNordic Optical TelescopeのFIES分光計を用いて、高分解能分光観測を行い、大気パラメータおよび元素の過剰量を導出した。
• 分光的過剰量分析を実施し、[Fe/H] = -0.12 ± 0.07およびSi、Ca、Sc、Ti、Cr、Niの相対的過剰量が類似していることを特定した。
• 回転速度を16.6 ± 0.2 km s⁻¹（主星）および13.4 ± 0.2 km s⁻¹（副星）として測定し、副星がほぼ同期的回転であることを示した。
• BK Pegおよび他の7つのよく研究されたF型連星（1.15–1.70 M☉）の観測パラメータを、Yonsei-YaleおよびVictoria-Reginaの星の進化モデルと比較した。
• 年齢、質量、半径のモデル予測を評価し、2つの成分間および2つのモデルグリッド間の予測年齢の不一致に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Yonsei-YaleおよびVictoria-Reginaの星の進化モデルが、同じ観測連星系に対して系統的に異なる年齢を予測するのはなぜか？
• RQ2 BK Pegasiのより質量の大きな成分が、進化段階がより発達しているにもかかわらず、モデル予測ではより若く見えるのはなぜか？
• RQ3 1.15–1.70 M☉の範囲にあるF型食連星の観測パラメータを、星のモデルにおける対流核の過渡拡散の補正にどの程度活用できるか？
• RQ4 BK Pegasiの観測された回転速度および軌道離心率（e = 0.053）は、進化歴および角運動量の進化をどの程度制約するか？
• RQ5 中質量星の星の進化モデルの年齢予測の不確実性を低減するために、観測データおよびモデル物理にどのような改善が必要か？

主な発見

• BK Pegasiの主星は質量1.414 ± 0.007 M☉、半径1.988 ± 0.008 R☉であり、副星は1.257 ± 0.005 M☉および1.474 ± 0.017 R☉である。
• 鉄の過剰量は[Fe/H] = -0.12 ± 0.07であり、Si、Ca、Sc、Ti、Cr、Niの相対的過剰量も類似しており、太陽系に近い金属量であることを示している。
• 回転速度は主星で16.6 ± 0.2 km s⁻¹、副星で13.4 ± 0.2 km s⁻¹であり、副星は擬似同期的回転と一致している。
• Yonsei-YaleモデルではBK Pegasiは2.75 Gyrの年齢で再現可能であるが、Victoria-Reginaモデルでは2.50 Gyrを要するため、2つのグリッド間に系統的な年齢のずれが生じている。
• 他の3つの進化したF型連星（BW Aqrを含む）においても、より質量の大きな成分がより若く予測されており、BK Pegasiの結果と一貫している。
• 著者らは、BK Pegasi、BW Aqrおよび1.15–1.70 M☉の範囲にある他のよく研究されたF型連星を、対流核の過渡拡散およびその他のモデル要因の補正に用いるべきであると提言している。特に、観測された年齢の不一致を踏まえて。