[論文レビュー] Absolute dimensions of solar-type eclipsing binaries. III. EW Orionis. Stellar evolutionary models tested by a G0V system

J. V. Clausen, H. Bruntt+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、複数エポックの光度測定と分光測定を用いて、G0 V型食連星EWオリオン座の正確な絶対的次元を提示し、質量精度0.9%、半径精度0.5%を達成した。星の進化モデルは、やや活性化した二次的星に対して混合長パラメータをわずかに低減し、標準的なY-Z関係よりも低いヘリウム含有量をとることで、太陽型星モデルにおける長年の矛盾を解消できることを示した。

ABSTRACT

We present a detailed study of the G0V detached eclipsing binary EW Ori, based on new photometric and spectroscopic observations. Masses and radii that are precise to 0.9% and 0.5%, respectively, have been established for both components. The 1.12 Msun secondary component reveals weak Ca II H and K emission and is probably mildly active; no signs of activity are seen for the 1.17 Msun primary. We derive an [Fe/H] abundance of +0.05 +/- 0.09 and similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, Cr, and Ni. Yonsai-Yale and Granada solar-scaled evolutionary models for the observed metal abundance reproduce the components fairly well at an age of approx. 2 Gyr. Perfect agreement is, however, obtained at an age of 2.3 Gyr for a combination of a) a slight downwards adjustment of the envelope mixing length parameter for the secondary, as seen for other active solar-type stars, and b) a slightly lower helium content than prescribed by the Y-Z relations adopted for the standard model grids. The orbit is eccentric (e = 0.0758 +/- 0.0020), and apsidal motion with a 62% relativistic contribution has been detected. The apsidal motion period is U = 16300 +/- 3900 yr, and the inferred mean central density concentration coefficient, log(k_2) = -1.66 +/- 0.30, agrees marginally with model predictions. The measured rotational velocities, 9.0 +/- 0.7 (primary) and 8.8 +/- 0.6 (secondary) km/s, are in agreement with both the synchronous velocities and the theoretically predicted pseudo-synchronous velocities. Finally, the distance (175 +/- 7 pc), age, and center-of mass velocity (6 km/s) exclude suggested membership of the open cluster Collinder 70. EW Ori now belongs to the small group of solar-type eclipsing binaries with well-established astrophysical properties.

研究の動機と目的

• G0 V型食連星EWオリオン座の正確な絶対的質量、半径、金属量を決定すること。
• さまざまなレベルのクロモスフィア活動を示す太陽型星に標準的な星の進化モデルが適用可能かどうかを検証すること。
• 活性化した太陽型星における観測された半径および温度と予測値との間の矛盾を解明すること。
• 近日点運動および回転速度の解析を通じて、系の年齢、軌道パラメータ、内部構造を制約すること。
• 進化した太陽型星におけるヘリウム含有量の標準的Y-Z関係の妥当性を評価すること。

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$uvby$光度曲線および$uvby\beta$標準的光度測定を取得した。
• CORAVEL分光計からの径速度データを再分析し、軌道要素および径速度曲線を精緻化した。
• ESOラ・シリャのFEROS分光計を用いて高分解能分光測定を行い、径速度および含有量分析を実施した。
• 最新の光度測定および分光測定解析技術を適用し、特に光度曲線モデリングにJKTEBOPコードを用いた。
• 観測された星のパラメータを、さまざまな年齢、混合長パラメータ、ヘリウム含有量におけるYonsei-YaleおよびGranada星の進化モデルと比較した。
• 軌道離心率および相対論的寄与から、近日点運動周期および中心密度集中係数（$k_2$）を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的な星の進化モデルは、G0 V型連星EWオリオン座の観測された質量、半径、温度を正確に再現できるか？
• RQ2 二次的星のクロモスフィア活動は、星のモデルにおける上層大気の混合長パラメータの調整をどの程度必要とするか？
• RQ3 標準的なY-Z関係よりも低いヘリウム含有量が、EWオリオン座の観測された性質を一致させるために必要か？
• RQ4 EWオリオン座の年齢は何か？ また、混合長およびヘリウムパラメータを調整した場合、モデル予測と比較してどうなるか？
• RQ5 EWオリオン座で観測された近日点運動および回転速度は、擬似同期回転および一般相対性理論的効果の理論的予測と一致するか？

主な発見

• 主星の質量は$1.17 \pm 0.01 M_\odot$、半径は$1.10 \pm 0.01 R_\odot$であり、それぞれ0.9%および0.5%の精度を達成した。
• 二次星（$1.12 \pm 0.01 M_\odot$）は弱いCa ii HおよびK線輝線を示し、やや活性化したクロモスフィアを示している。
• 鉄含有量は$[\mathrm{Fe/H}] = +0.05 \pm 0.09$であり、Si、Ca、Sc、Ti、Cr、Niの相対含有量も同様であった。
• 近日点運動周期$U = 16,300 \pm 3,900$年、相対論的寄与率62%が検出され、軌道離心率は$e = 0.0758 \pm 0.0020$であった。
• 推定された中心密度集中係数は$\log(k_2) = -1.66 \pm 0.30$であり、モデル予測とわずかに一致していた。
• 最良の適合モデルでは、二次星に対して混合長パラメータを0.08～0.18程度低減する必要があり、ヘリウム含有量$Y \approx 0.27$（標準Y-Z関係よりわずかに低め）をとる必要があり、年齢は2.3 Gyrであった。