[論文レビュー] Identifying Periodic Variable Stars and Eclipsing Binary Systems with Long-Term Las Cumbres Observatory Photometric Monitoring of ZTF J0139+5245

Aniket Sanghi, Zachary P. Vanderbosch+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、Las Cumbres Observatory (LCO) による長期光度測定を用いて、白色矮星 ZTF J0139+5245 の領域における周期的変光星および食連星を特定した。1,560枚の画像を537日間にわたり、アパーチャー光度測定とフーリエ解析を適用した結果、38個の変光源を検出。そのうち71%が新たに発見されたか再分類されたものであった。LCOの長い露光時間と高い時間サンプリングにより、ZTFデータと比較して光度測定精度が向上し、検出感度が約3.6倍向上したことが示された。

ABSTRACT

We present the results of our search for variable stars using the long-term Las Cumbres Observatory (LCO) monitoring of white dwarf ZTF J0139+5245 with the two 1.0-m telescope nodes located at McDonald Observatory using the Sinistro imaging instrument. In this search, we find 38 variable sources, of which 27 are newly discovered or newly classified (71%) based on comparisons with previously published catalogs, thereby increasing the number of detections in the field-of-view under consideration by a factor of $\approx$ 2.5. We find that the improved photometric precision per-exposure due to longer exposure time for LCO images combined with the greater time-sampling of LCO photometry enables us to increase the total number of detections in this field-of-view. Each LCO image covers a field-of-view of $26' imes 26'$ and observes a region close to the Galactic plane ($b = -9.4^\circ$) abundant in stars with an average stellar density of $\approx 8$ arcmin$^{-2}$. We perform aperture photometry and Fourier analysis on over 2000 stars across 1560 LCO images spanning 537 days to find 28 candidate BY Draconis variables, 3 candidate eclipsing binaries of type EA, and 7 candidate eclipsing binaries of type EW. In assigning preliminary classifications to our detections, we demonstrate the applicability of the Gaia color-magnitude diagram (CMD) as a powerful classification tool for variable star studies.

研究の動機と目的

• ZTF J0139+5245の領域における周期的変光星および食連星系を、長期光度測定を用いて同定すること。
• LCOの長い露光時間と高い時間サンプリングが、光度測定精度および変動検出感度に与える影響を評価すること。
• スペクトル分類が利用できない状況下で、Gaiaの色-等級図 (CMD) が変光星の分類ツールとしてどれほど有効であるかを評価すること。
• 銀河平面に近い領域（b = −9.4°）で、星の密度が非常に高い（約8 arcmin⁻²）領域における既知の変光源の数を増やすこと。

提案手法

• 537日間にわたる1,560枚のLCO画像において、全2,227個の源に対してアパーチャー光度測定を実施した。
• gバンドおよびrバンドの光度曲線に対してフーリエ解析を実施し、周期的信号を同定し、周期を特定した。
• 位置・光度の整合性を確認するため、Pan-STARRS1 DR2カタログおよびGaia Early Data Release 3と照合した。
• 光度曲線の中央平均偏差（MAD）を用いて光度測定精度を定量化し、LCOとZTFデータを比較した。
• 光度曲線の形状、周期、Gaia CMDにおける位置に基づいて変光星を分類した。
• 既存のカタログとの比較を通じて分類を検証し、過去の分類に不一致が生じた例を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LCOの光度測定精度は、特に明るさが低いgバンド源においてZTFと比べてどの程度向上しているか。また、その影響が変動検出に与える影響は何か。
• RQ2 LCOの長い露光時間と高い時間サンプリングのおかげで、ZTF J0139+5245領域における検出可能な周期的変光星および食連星の数はどの程度増加したか。
• RQ3 スペクトル分類が利用できない状況下で、Gaiaの色-等級図は変光星の分類にどれほど信頼できるツールとして機能するか。
• RQ4 検出された変光星のうち、新たに発見されたか再分類されたものは何個で、この視野内での以前に報告のなかった源の割合はどの程度か。
• RQ5 LCOデータをZTFデータと比較した場合、周期的信号を検出する感度はどの程度向上したか。また、その感度向上は、ピリオドグラムのノイズ低減という観点からどのように定量化できるか。

主な発見

• 本研究では、ZTF J0139+5245の領域で38個の変光源を同定した。そのうち27個（71%）が新たに発見されたか再分類されたものであり、この領域における既知の変光源の総数は約2.5倍に増加した。
• LCO光度測定は、特に明るさが低いgバンド源において、ZTFに比べて露光時間の長さ（2〜3分 vs. 30秒）のおかげで、1露光あたりの光度測定精度が向上した。
• 長い露光時間と高い時間サンプリングの組み合わせにより、ピリオドグラムのノイズレベルが低下し、周期的信号の検出感度が約3.6倍向上した。
• Gaiaの色-等級図は、スペクトル分類が利用できない状況下でも、変光星の初期分類に非常に有効なツールであることが実証された。
• 以前は疑わしいと分類されていた3つの源が、実際に変光星として確認された。また、1つの源（以前はIRRと分類）は、光度曲線の形状に基づき、EW型食連星に再分類された。
• 28個の候補となるBY Draconis型変光星、3個のEA型食連星、7個のEW型食連星の検出は、LCOの監視戦略が星が密集した領域でも効果的であることを示している。