[论文解读] Multiplicity of Galactic Cepheids from long-baseline interferometry I. CHARA/MIRC detection of the companion of V1334 Cygni

A. Gallenne, John D. Monnier+17 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Feb 7, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用 34

一句话总结

本研究首次利用CHARA/MIRC仪器通过长基线干涉测量技术检测到第一倍频脉动变星V1334 Cygni的伴星。通过结合干涉测量天体测量与光谱径向速度数据，研究者得出最小几何距离为691 pc，双星系统中两颗恒星的最小质量均为3.6 M☉，并限制伴星光谱型早于B5.5V，从而实现基于轨道视差的无模型质量测定。

ABSTRACT

We aim at determining the masses of Cepheids in binary systems, as well as their geometric distances and the flux contribution of the companions. The combination of interferometry with spectroscopy will offer a unique and independent estimate of the Cepheid masses. Using long-baseline interferometry at visible and infrared wavelengths, it is possible to spatially resolve binary systems containing a Cepheid down to milliarcsecond separations. Based on the resulting visual orbit and radial velocities, we can then derive the fundamental parameters of these systems, particularly the masses of the components and the geometric distance. We therefore performed interferometric observations of the first-overtone mode Cepheid V1334 Cyg with the CHARA/MIRC combiner. We report the first detection of a Cepheid companion using long-baseline interferometry. We detect the signature of a companion orbiting V1334 Cyg at two epochs. We measure a flux ratio between the companion and the Cepheid f = 3.10+/-0.08%, giving an apparent magnitude mH = 8.47+/-0.15mag. The combination of interferometric and spectroscopic data have enabled the unique determination of the orbital elements: P = 1938.6+/-1.2 days, Tp = 2 443 616.1+/-7.3, a = 8.54+/-0.51mas, i = 124.7+/-1.8°, e = 0.190+/-0.013, ω = 228.7+/-1.6°, and Ω = 206.3+/-9.4°. We derive a minimal distance d ~ 691 pc, a minimum mass for both stars of 3.6 Msol, with a spectral type earlier than B5.5V for the companion star. Our measured flux ratio suggests that radial velocity detection of the companion using spectroscopy is within reach, and would provide an orbital parallax and model-free masses.

研究动机与目标

• 利用干涉测量与光谱学技术测定双星系统中造父变星的几何距离与质量。
• 通过轨道参数获得独立、无模型的质量测量，以解决造父变星质量难题。
• 探测并表征对测距尺度应用中光度与径向速度测量产生偏差的造父变星附近伴星。
• 通过考虑未分辨伴星引起的光度污染，提高周光关系的准确性。
• 展示将长基线干涉测量与径向速度数据结合，用于精确求解造父变星双星轨道的可行性。

提出的方法

• 利用CHARA阵列与MIRC合束器进行长基线光学/红外干涉测量，以毫角秒级分辨率空间分辨V1334 Cygni双星系统。
• 测量H波段中造父变星与其伴星的流量比，得到f = 3.10 ± 0.08%，对应视星等m_H = 8.47 ± 0.15 mag。
• 结合干涉测量天体测量与光谱径向速度数据，推导轨道元素：P = 1938.6 ± 1.2天，e = 0.190 ± 0.013，i = 124.7 ± 1.8°，ω = 228.7 ± 1.6°，Ω = 206.3 ± 9.4°。
• 利用开普勒第三定律与光谱质量函数推导恒星质量：M₂ ≳ 3.6 M☉，最小距离d ≳ 691 pc。
• 应用表面亮度法与P–L关系交叉验证所推导的距离与质量估计。
• 使用质量函数公式f(M) = 3.784 × 10⁻⁵ K₁³ P_orb (1 − e²)³ᐟ²，从径向速度半振幅K₁推导质量函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 长基线干涉测量能否探测到单孔径望远镜无法分辨的造父变星附近伴星？
• RQ2 V1334 Cygni双星系统的几何距离是多少，且独立于周光关系？
• RQ3 造父变星及其伴星的质量是多少，能否在不依赖演化模型的前提下确定？
• RQ4 伴星的光度贡献如何影响造父变星测距中的光度与径向速度测量？
• RQ5 干涉测量天体测量与光谱径向速度数据的结合能否实现无模型的轨道视差与质量估计？

主要发现

• 首次利用CHARA阵列的长基线干涉测量技术探测到V1334 Cygni的伴星，H波段流量比为f = 3.10 ± 0.08%。
• 伴星视星等为m_H = 8.47 ± 0.15 mag，表明其为一颗相对较亮的早型星。
• 轨道解得周期P = 1938.6 ± 1.2天，偏心率e = 0.190 ± 0.013，倾角i = 124.7 ± 1.8°，与高倾角轨道一致。
• 根据质量函数与轨道约束，得出最小几何距离d ≳ 691 pc，与第一倍频模式P–L关系结果（d = 683 pc）一致。
• 两颗恒星的最小质量均为M₂ ≳ 3.6 M☉，表明伴星光谱型早于B5.5V。
• 流量比表明伴星的径向速度探测可行，从而可实现无模型的轨道视差与质量测定。