[论文解读] PENELLOPE II. CVSO 104: a pre-main sequence close binary with an optical companion in Ori OB1

A. Frasca, H. M. J. Boffin+15 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2021

Scientific Research and Discoveries参考文献 2被引用 1

一句话总结

本研究首次获得了猎户座 OB1 星协中预主序双星 CVSO 104 的光谱轨道解，揭示其轨道周期为 5 天，质量比为 0.92，且存在显著的红外超量，表明存在环绕双星的原行星盘。两颗恒星的吸积速率相近，Hα 和 Hβ 线呈现宽幅发射特征，且相对于系统速度的偏移超过 100 km s⁻¹，可能源于原行星盘中的吸积喷流，尽管在约 5 Myr 后轨道仍保持偏心，未完全圆化。

ABSTRACT

We present results of our study of the close pre-main sequence spectroscopic binary CVSO 104 in Ori OB1, based on data obtained within the PENELLOPE legacy program. We derive, for the first time, the orbital elements of the system and the stellar parameters of the two components. The system is composed of two early M-type stars and has an orbital period of about 5 days and a mass ratio of 0.92, but contrarily to expectations does not appear to have a tertiary companion. Both components have been (quasi-)synchronized, but the orbit is still very eccentric. The spectral energy distribution clearly displays a significant infrared excess compatible with a circumbinary disk. The analysis of HeI and Balmer line profiles, after the removal of the composite photospheric spectrum, reveals that both components are accreting at a similar level. We also observe excess emission in H$\alpha$ and H$\beta$, which appears redshifted or blueshifted by more than 100 km/s with respect to the mass center of the system depending on the orbital phase. This additional emission could be connected with accretion structures, such as funnels of matter from the circumbinary disk. We also analyze the optical companion located at about 2".4 from the spectroscopic binary. This companion, that we named CVSO 104B, turns out to be a background Sun-like star not physically associated with the PMS system and not belonging to Ori OB1.

研究动机与目标

• 确定猎户座 OB1 星协中预主序双星 CVSO 104 的轨道与恒星参数。
• 研究环绕双星的原行星盘是否存在，及其对年轻双星系统中吸积过程的影响。
• 鉴于该系统为紧密双星且轨道偏心，评估其是否可能存在第三颗伴星。
• 分析 Hα、Hβ 和 He i 的运动学特性与发射线轮廓，以推断吸积动力学与盘结构。
• 明确光学伴星 CVSO 104 B 与该双星系统及猎 Orion OB1 星协的物理关联性。

提出的方法

• 作为 PENELLOPE 遗产计划的一部分，利用甚大望远镜（VLT）获取高分辨率光谱，以建模双星成分的视向速度变化。
• 通过视向速度曲线拟合确定轨道元素，包括周期（P ≈ 5 天）、偏心率和质量比（q ≈ 0.92）。
• 构建复合光球谱并减去它，以分离出 Hα、Hβ 和 He i 线中的发射特征。
• 分析 [O i] λ6300Å 线的运动学特性（速度偏移、展宽半高全宽 FWHM），以探测盘发射区域的位置与动力学。
• 利用谱谱能量分布（SED）建模推断环绕双星的原行星盘的存在及其范围（≥4.5 au，≥960 R⊙）。
• 结合地面（AAVSO、TESS）与空间光学光变观测，检测随机变异性及潜在的吸积爆发。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎户座 OB1 星协中预主序双星 CVSO 104 的轨道与恒星参数是什么？
• RQ2 是否存在环绕双星的原行星盘？其范围与质量分布如何？
• RQ3 双星的两颗恒星是否表现出相似的吸积速率？其发射线轮廓如何随轨道相位变化？
• RQ4 Hα 与 Hβ 线中为何出现展宽且不对称的发射特征，且相对于系统速度偏移超过 100 km s⁻¹？
• RQ5 光学伴星 CVSO 104 B 是否与该双星系统物理相关，还是仅为背景恒星？

主要发现

• CVSO 104 的轨道周期为 5.02 天，质量比为 0.92，表明这是一个近等质量双星系统。
• 该系统的 SED 显示显著的红外超量，最合理的解释是存在一个延伸至至少 4.5 au（960 R⊙）的环绕双星原行星盘。
• 两颗恒星均（准）同步自转，v sin i ≈ 6–7 km s⁻¹，但轨道仍保持偏心，与约 5 Myr 后完全圆化的结果不一致。
• Hα 与 Hβ 线的发射特征显示存在一个展宽的额外成分，其速度偏移超过 100 km s⁻¹，表明存在高速喷流或吸积喷流。
• [O i] λ6300Å 线的窄成分表明其来自约 1 au 范围内的环绕双星盘区域。
• 光学伴星 CVSO 104 B 是一颗距离约 670 pc 的背景类太阳恒星，与距离 366 pc 的 PMS 双星系统无关。