[論文レビュー] Barium & related stars and their white-dwarf companions II. Main-sequence and subgiant stars

A. Escorza, Drisya Karinkuzhi+13 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 77被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、HERMES、SALT、CORAVEL、CORALIEから得られた径速度データを用いて、60個の主系列および準巨星帯のBa星およびCH星を系統的に分析し、27個の連星系の軌道パラメータを特定した。Ba矮星とCH準巨星は異なる進化段階にないことが確認され、類似した金属量を持ち、白色矮星の伴星質量分布は狭い範囲に収まっており、赤色巨星分枝における第二の相互作用段階が軌道進化に影響を与える可能性があることが示された。

ABSTRACT

Barium (Ba) dwarfs and CH subgiants are the less-evolved analogues of Ba and CH giants. They are F- to G-type main-sequence stars polluted with heavy elements by a binary companion when the latter was on the Asymptotic Giant Branch (AGB). This companion is now a white dwarf that in most cases cannot be directly detected. We present a large systematic study of 60 objects classified as Ba dwarfs or CH subgiants. Combining radial-velocity measurements from HERMES and SALT high-resolution spectra with radial-velocity data from CORAVEL and CORALIE, we determine the orbital parameters of 27 systems. We also derive their masses by comparing their location in the Hertzsprung-Russell diagram with evolutionary models. We confirm that Ba dwarfs and CH subgiants are not at different evolutionary stages and have similar metallicities, despite their different names. Additionally, Ba giants appear significantly more massive than their main-sequence analogues. This is likely due to observational biases against the detection of hotter main-sequence post-mass-transfer objects. Combining our spectroscopic orbits with the Hipparcos astrometric data, we derive the orbital inclinations and the mass of the WD companion for four systems. Since this cannot be done for all systems in our sample yet (but should be with upcoming Gaia data releases), we also analyse the mass-function distribution of our binaries. We can model this distribution with very narrow mass distributions for the two components and random orbital orientation on the sky. Finally, based on BINSTAR evolutionary models, we suggest that the orbital evolution of low-mass Ba systems can be affected by a second phase of interaction along the Red Giant Branch of the Ba star, impacting on the eccentricities and periods of the giants.

研究の動機と目的

• 複数エポックの径速度測定を用いて、大規模な主系列および準巨星帯Ba星およびCH星の軌道パラメータを特定すること。
• Ba矮星とCH準巨星が異なる進化段階を示すのか、それとも連続的な集団を構成するのかを調査すること。
• HipparcosおよびGaia DR2の距離を用いて、進化モデルと比較することで星の質量を導出すること。
• これらの連星系の質量関数分布をモデル化し、伴星質量と軌道の姿勢を推定すること。
• 低質量Ba連星系における軌道離心率と周期に及ぼす第二の相互作用の影響を検討すること。

提案手法

• 60対象の高分解能径速度データをHERMESおよびSALT分光計から取得した。
• CORAVELおよびCORALIEのアーカイブ径速度データを統合し、軌道解の精度を向上させた。
• 最良の軌道パラメータと不確実性を求めるために、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法を用いた。
• Gaia DR2のパラレルスと高分解能分光法による星のパラメータを用いて、Hertzsprung-Russell図に標高した。
• 観測位置をSTAREVOL進化モデルと比較して質量を導出した。
• 観測された質量関数分布を、両方の連星成分に対して狭い質量分布と、ランダムな軌道傾斜角を仮定してモデル化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ba矮星とCH準巨星は異なる進化段階にあり、それとも連続的な集団を形成しているのか？
• RQ2 Ba矮星およびCH準巨星系における白色矮星の伴星質量分布はどのようなものか？理論的期待と整合しているか？
• RQ3 これらの系の軌道パラメータ（周期、離心率）は、連星進化モデルの予測とどのように比較できるか？
• RQ4 観測された質量関数分布は、狭い伴星質量関数と空におけるランダムな軌道傾斜角によって説明可能か？
• RQ5 赤色巨星分枝における第二の相互作用段階が、Ba巨星の軌道的性質に影響を与えるか？

主な発見

• Ba矮星とCH準巨星は異なる進化段階にないことが確認され、類似した金属量を持つ。これは、それらの間の伝統的な区別を疑問視するものである。
• 本調査の質量関数分布は、白色矮星の伴星質量が約0.6 M⊙のピークを示す狭い分布と整合的である。
• 組み合わせた分光的軌道とHipparcosの幾何測定を用いて、4つの系で軌道の傾斜角と白色矮星の質量を導出した。
• Ba巨星は、それらの主系列の類縁星よりも顕著に質量が大きく、これは質量移動後のホットな星を検出する観測バイアスによる可能性が高い。
• 観測された質量関数分布は、両方の成分に対して狭い質量関数と、空におけるランダムな軌道傾斜角を仮定することで最もよく説明できる。
• BINSTAR進化モデルの結果、赤色巨星分枝における第二の相互作用段階が、低質量Ba連星系の軌道離心率と周期に影響を与える可能性がある。