[논문 리뷰] Spot and Facula Activity Variations of the Eccentric Detached Eclipsing Binary KIC 8098300 Based on the Time-series Orbital Solutions

Hubiao Niu, Jian-Ning Fu외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 28.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 LAMOST의 적색속도 측정값과 Kepler의 광도 측정값을 결합하여 KIC 8098300의 막대기와 흑점 활동을 모델링한다. 토모그래픽 분리와 PHOEBE 기반의 광도곡선 모델링을 통해 정밀한 궤도 및 항성 파라미터를 유도하였으며, 대부분의 단일 주계열 항성보다는 장수하지만 약한 막대기/흑점 활동을 확인하였고, 비균일한 회전과 흑점 중심에서 흑점 중심으로의 전이 가능성이 있는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

The LAMOST spectra and $\it{Kepler}$ light curves are combined to investigate the detached eclipsing binary KIC 8098300, which shows the O'Connell effect caused by spot/facula modulation. The radial velocity (RV) measurements are derived by using the tomographic spectra disentangling technology. The mass ratio $q = K_1/K_2 = 0.812 \pm 0.007$, and the orbital semi-major axis $a\mathrm{\sin}i = 14.984 \pm 0.048\ R_\odot$ are obtained by fitting the RV curves. We optimize the binary model concerning the spot/facula activity with the code PHOEBE and obtain precise parameters of the orbit including the eccentricity $e=0.0217 \pm 0.0008$, the inclination $i=87.71\pm 0.04^\circ$, and the angle of periastron $\omega=284.1\pm 0.5^\circ$. The masses and radii of the primary and secondary star are determined as $M_1=1.3467 \pm 0.0001\ M_\odot$, $R_1=1.569 \pm 0.003\ R_\odot$, and $M_2=1.0940 \pm 0.0001\ M_\odot$, $R_2=1.078 \pm 0.002\ R_\odot$, respectively. The ratio of temperatures of the two component stars is $r_{teff}=0.924 \pm 0.001$. We also obtain the periastron precession speed of $0.000024\pm 0.000001\ \mathrm{d}\ cycle^{-1}$. The residuals of out-of-eclipse are analyzed using the Auto-Correlation Function (ACF) and the Discrete Fourier Transform (DFT). The spot/facula activity is relatively weaker, but the lifetime is longer than that of most single main sequence stars in the same temperature range. The average rotation period of the spots $P_{rot}=4.32\ d$ is slightly longer than the orbital period, which may be caused by either the migration of spots/faculae along the longitude or the latitudinal differential rotation. The activity may be spot-dominated for the secondary star and facula-dominated for the primary star.

연구 동기 및 목표

• 다수의 시기별 스펙트럼 및 광도 데이터를 사용하여 KIC 8098300의 비대칭 탈리된 쌍성에서의 막대기 및 흑점 활동을 조사한다.
• 시간에 따른 궤도 해법 피팅을 통해 정밀한 궤도 및 항성 파라미터를 결정한다.
• 유사한 온도 범위의 단일 주계열 항성과 비교하여 이 쌍성의 활동 행동을 분석한다.
• 쌍성 시스템 내에서 활동 영역 수명, 자전 주기 및 경도 이동의 성격을 탐구한다.
• 이전 연구에서 태양과 유사한 항성에 대해 제기된 바와 같이, 이 시스템이 흑점 중심 활동에서 흑점 중심 활동으로의 전이 단계에 있는지 평가한다.

제안 방법

• LAMOST의 시간에 따른 스펙트럼에 토모그래픽 스펙트럼 분리 기법을 적용하여 KIC 8098300의 두 성분에 대한 적색속도를 유도한다.
• 적색속도 곡선을 피팅하여 질량 비율(q = 0.812 ± 0.007)과 半장반경(asini = 14.984 ± 0.048 R⊙)을 결정한다.
• PHOEBE 코드를 사용하여 Kepler의 광도곡선을 막대기 및 흑점 특징을 포함해 모델링하며, 이완도(e = 0.0217 ± 0.0008), 기울기(i = 87.71 ± 0.04°), 근점의 장도(ω = 284.1 ± 0.5°)를 포함한 궤도 파라미터를 최적화한다.
• 264개의 사이클에 걸쳐 Scipy의 곡선 피팅을 사용하여 사이클별로 광도곡선 모델링을 수행하고, 최종 파라미터는 평균화한다.
• 흑점 외 광도곡선 잔차를 Auto-Correlation Function (ACF) 및 Discrete Fourier Transform (DFT)를 통해 분석하여 활동 영역 수명과 자전 주기를 추정한다.
• Giles 등(2017)의 1774개의 단일 주계열 항성 샘플과 비교하여 상대적 활동 강도와 수명을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비대칭 탈리된 쌍성 KIC 8098300의 정밀한 궤도 및 항성 파라미터, 즉 질량, 반지름, 온도 비율은 무엇인가?
• RQ2 유사한 온도 범위의 단일 주계열 항성과 비교할 때 KIC 8098300의 막대기/흑점 활동 강도와 수명은 어떻게 다른가?
• RQ3 이 쌍성 시스템의 활동은 흑점 중심인지 흑점 중심인지 지배하는가, 그리고 두 모드 사이의 전이 단계에 있는가?
• RQ4 활동 영역의 자전 주기는 얼마이며, 궤도 주기와 다를 이유는 무엇인가?
• RQ5 두 성별 활동 영역에 경도 이동 또는 비균일한 자전이 있는가에 대한 증거가 있는가?

주요 결과

• 주성은 질량 1.3467 ± 0.0001 M⊙, 반지름 1.569 ± 0.003 R⊙이며, 보조성은 M2 = 1.0940 ± 0.0001 M⊙, R2 = 1.078 ± 0.002 R⊙이다.
• 온도 비율은 rteff = 0.924 ± 0.001이며, 이로부터 보조성의 표면 효과 온도는 Teff2 = 5936 ± 25 K로 산출된다.
• 궤도 이심률은 e = 0.0217 ± 0.0008, 기울기 i = 87.71 ± 0.04°, 근점의 장도 ω = 284.1 ± 0.5°이다.
• 근점의 전진률은 0.000024 ± 0.000001 d⁻¹로 측정되어 tidal 또는 자기 효과로 인한 궤도 진화를 시사한다.
• 활동 영역의 평균 자전 주기는 Prot = 4.32 d로, 궤도 주기(4.3059177 d)보다 略로 길며, 경도 이동 또는 위도에 따른 비균일 자전의 가능성을 시사한다.
• KIC 8098300의 막대기/흑점 활동은 유사한 온도 범위의 대부분의 단일 주계열 항성보다 약하다(RMS가 낮지만), 활동 영역 수명은 더 길며, 시스템이 흑점 중심 활동에서 흑점 중심 활동으로의 전이 단계에 있을 가능성이 있다.