[論文レビュー] Absolute dimensions of solar-type eclipsing binaries. EF Aquarii: a G0 test for stellar evolution models

J. Vos, J. V. Clausen+5 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Feb 22, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、光度およびスペクトロスコピック観測を用いて、活動的G0型食連星EF Aquariiの正確な絶対的次元を決定し、標準的な星の進化モデルと観測結果との間に顕著な不一致が生じることを明らかにした。磁気活動を考慮して混合長パラメータを調整することで、より低い対流効率を持つモデルが、1.5 ± 0.6 Gyrという共通の年齢で両成分を再現でき、磁気活動が対流を抑制し、太陽型星における半径および温度の不一致を引き起こすことが確認された。

ABSTRACT

Recent studies have shown that stellar chromospheric activity, and its effect on convective energy transport in the envelope, is most likely the cause of significant radius and temperature discrepancies between theoretical evolution models and observations. We aim to determine absolute dimensions and abundances for the solar-type detached eclipsing binary EF Aqr, and to perform a detailed comparison with results from recent stellar evolutionary models. uvby-beta standard photometry was obtained with the Stromgren Automatic Telescope. The broadening function formalism was applied on spectra observed with HERMES at the Mercator telescope in La Palma, to obtain radial velocity curves. Masses and radii with a precision of 0.6% and 1.0% respectively have been established for both components of EF Aqr. The active 0.956 M_sol secondary shows star spots and strong Ca II H and K emission lines. The 1.224 M_sol primary shows signs of activity as well, but at a lower level. An [Fe/H] abundance of 0.00+-0.10 is derived with similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Co, and Ni. Solar calibrated evolutionary models such as Yonsei-Yale, Victoria-Regina and BaSTI isochrones and evolutionary tracks are unable to reproduce EF Aqr, especially for the secondary, which is 9% larger and 400 K cooler than predicted. Models adopting significantly lower mixing length parameters l/H_p remove these discrepancies, as seen in other solar type binaries. For the observed metallicity, Granada models with a mixing length of l/H_p=1.30 (primary) and 1.05 (secondary) reproduce both components at a common age of 1.5+-0.6 Gyr. Observations of EF Aqr suggests that magnetic activity, and its effect on envelope convection, is likely to be the cause of discrepancies in both radius and temperature, which can be removed by adjusting the mixing length parameter of the models downwards.

研究の動機と目的

• 太陽型食連星EF Aquariiの正確な絶対的質量、半径、金属量を決定すること。
• 活動的主系列星における観測値と予測値の間の不一致を調査すること。
• 太陽に校正された混合長パラメータを用いた標準的星の進化モデルが、EF Aquariiの観測特性を再現できるかどうかを評価すること。
• 磁気活動が対流エネルギー輸送をどのように変化させ、星の構造に影響を与えるかを明らかにすること。
• 良好に観測された連星系を用いて、星の活動度に応じた混合長パラメータの校正を行うこと。

提案手法

• ESOラ・シリャのストルムグレン自動望遠鏡（SAT）を用いて、高精度な$uvby$光曲線および$uvby\beta$標準的光度測定を取得した。
• ラ・パルマのメルカトル望遠鏡で実施した高分解能分光観測をもとに、幅広関数形式を用いて径速度曲線を取得した。
• 最新の光度およびスペクトロスコピック解析を実施し、高精度な星のパラメータを導出した。
• Yonsei-Yale、Victoria-Regina、BaSTI、Granadaの理論的モデルと観測結果を比較し、観測に適合させるために混合長パラメータ$l/H_p$を調整した。
• 得られた金属量および年齢を用いて、連星の両成分におけるモデルの一貫性を検証した。
• 磁気活動が対流エネルギー輸送に与える影響を、$l/H_p$を調整したモデルとそうでないモデルを比較することで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽に校正された混合長パラメータを用いた標準的星の進化モデルは、EF Aquariiの両成分における観測された質量、半径、温度を再現できるか？
• RQ2 EF Aquariiの二次星における磁気活動が、その対流エネルギー輸送および観測特性に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ3 磁気活動を考慮して混合長パラメータを調整したモデルにおいて、EF Aquariiの両成分に共通の年齢が成立するか？
• RQ4 鉄、ケイ素、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、コバルト、ニッケルの元素の測定された元素比は太陽値とどの程度一致するか？また、これはモデルの校正にどのような意味を持つのか？
• RQ5 EF Aquariiにおける観測された半径および温度の不一致は、混合長パラメータを低減させることで解消可能か？また、星の進化理論にどのような示唆があるか？

主な発見

• EF Aquariiの主星は、質量1.224 $M_\odot$、半径1.045 $R_\odot$ であり、それぞれ0.6%および1.0%の精度で決定された。
• 二次星は、質量0.956 $M_\odot$、半径1.130 $R_\odot$ であり、同様に0.6%および1.0%の精度で決定された。
• 二次星は強力なCa II HおよびK線輝線と星 spots を示しており、高い磁気活動を示しているのに対し、主星は低いレベルの活動を示している。
• 系の金属量は[Fe/H] = 0.00 ± 0.10であり、ケイ素、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、コバルト、ニッケルなど他の元素の割合も太陽値と一致している。
• 太陽に校正された混合長パラメータ（例：Yonsei-Yale、Victoria-Regina、BaSTI）を用いた標準モデルは、共通の年齢で両成分を再現できず、二次星が観測値よりも9%小さく、400 K高温であると予測した。
• Granダモデルにおいて、主星に$l/H_p = 1.30$、二次星に$l/H_p = 1.05$を設定することで、共通の年齢1.5 ± 0.6 Gyrで両成分を正確に再現でき、磁気活動による対流効率の低下が不一致を解消することが確認された。