[논문 리뷰] The orbits of subdwarf-B + main-sequence binaries. II. Three eccentric systems; BD+29 3070, BD +34 1543 and Feige 87

J. Vos, R. H. Østensen외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 67인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 분광법과 광도측정을 통해 세 개의 장주기 열성소왜성-주계열성 이중성(BD+29 3070, BD+34 1543, Feige 87)의 궤도 및 대기층 파라미터를 결정한다. 궤도 이심률(e ≈ 0.11–0.16)과 936–1283일의 궤도주기를 확인하였으며, 이러한 결과는 장주기 시스템에서 원형 궤도를 예측하는 기존의 안정적인 로흐체우의 물질전이(RLOF) 모델에 도전한다.

ABSTRACT

The predicted orbital-period distribution of the subdwarf-B (sdB) population is bi-modal with a peak at short (< 10 days) and long (> 250 days) periods. Observationally, many short-period sdB systems are known, but the predicted long period peak is missing as orbits have only been determined for a few long-period systems. As these predictions are based on poorly understood binary-interaction processes, it is of prime importance to confront the predictions with reliable observational data. We therefore initiated a monitoring program to find and characterize long-period sdB stars. In this paper we aim to determine the orbital parameters of the three long-period sdB+MS binaries BD+29 3070, BD+34 1543 and Feige 87, to constrain their absolute dimensions and the physical parameters of the components. High-resolution spectroscopic time series were obtained with HERMES at the Mercator telescope on La Palma, and analyzed to determine the radial velocities of both the sdB and MS components. Photometry from the literature was used to construct the spectral-energy distribution (SED) of the binaries. Atmosphere models were used to fit these SEDs and to determine the surface gravities and temperatures of both components of all systems. Spectral analysis was used to check the results of the SEDs. An orbital period of 1283 +- 63 d, a mass ratio of q = 0.39 +- 0.04 and a significant non-zero eccentricity of e = 0.15 +- 0.01 were found for BD+29 3070. For BD+34 1543 we determined P = 972 +- 2 d, q = 0.57 +- 0.01 and again a clear non-zero eccentricity of e = 0.16 +- 0.01. Last, for Feige 87 we found P = 936 +- 2 d, q = 0.55 +- 0.01 and e = 0.11 +- 0.01. BD+29 3070, BD+34 1543 and Feige 87 are long period sdB + MS binaries on clearly eccentric orbits. These results are in conflict with the predictions of stable Roche-lobe overflow models.

연구 동기 및 목표

• 이론적 예측에도 불구하고 관측에서 희귀한 장주기 열성소왜성-주계열성 이중성의 궤도 요소와 물리적 파라미터를 결정하는 것.
• 특히 안정적인 로흐체우의 물질전이(RLOF) 모델의 예측을 테스트하는 것. 이 모델은 장주기 시스템에서 원형 궤도를 예측한다.
• 대기권 RLOF와 금속성 영향이 1000일 이상의 궤도주기를 연장하는 데 기여하는 정도를 평가하는 것.
• 다중 방법을 통한 천체물리적 분석을 통해 구성 성분의 질량, 온도, 중력, 질량비를 제약하는 것.
• 최신의 이중성 인구 합성 모델(특히 증가된 운동량 손실과 대기권 RLOF를 포함한 모델)과의 일치성을 평가하는 것.

제안 방법

• 라팔마에 위치한 메르카토르 망원경의 HERMES 분광계를 사용하여 고해상도 분광 시계열 자료를 확보하였다.
• 교차상관 및 스펙트럼 분리 기법을 통해 열성소왜성 및 주계열성 성분의 라디얼 속도를 측정하였다.
• 문헌 광도측정 자료를 이용해 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 구축하고, 대기 모델에 맞춰 효과적 온도와 표면 중력을 유도하였다.
• 분리된 스펙트럼에서 철선과 같은 스펙트럼 선 분석 및 중력적 적색편이 측정을 통해 SED로 유도된 파라미터를 검증하였다.
• 라디얼 속도 곡선에 케플러 궤도 피팅을 적용하여 궤도 해법을 도출하였으며, 이심률과 질량비 제약 조건을 포함하였다.
• 결과를 Chen 등(2013)의 이중성 인구 합성 모델과 비교하여 주기-금속성 관계 예측과의 일치성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 장주기 열성소왜성-주계열성 이중성은 안정적인 로흐체우의 물질전이(RLOF) 모델의 예측과 불일치하는 궤도 이심률을 보이는가?
• RQ2 관측된 궤도주기(936–1283일)는 대기권 RLOF를 포함한 최신 이중성 인구 합성 모델의 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ3 SED, 스펙트럼 선 분석, 중력적 적색편이를 통해 독립적으로 유도된 대기 파라미터(Teff, log g, 질량비)는 얼마나 일치하는가?
• RQ4 관측된 주기-금속성 경향은 이론 모델과 일치하는가? 저금속성에서도 대기권 RLOF가 필요할까?
• RQ5 장주기 시스템에서의 이심 궤도는 현재의 이중성 진화 채널로 설명 가능한가, 아니면 이심도 증폭과 같은 새로운 메커니즘이 필요한가?

주요 결과

• BD+29 3070의 궤도주기는 1283 ± 63일, 질량비는 0.39 ± 0.04, 이심률은 0.15 ± 0.01이다.
• BD+34 1543의 궤도주기는 972 ± 2일, 질량비는 0.57 ± 0.01, 이심률은 0.16 ± 0.01이다.
• Feige 87의 궤도주기는 936 ± 2일, 질량비는 0.55 ± 0.01, 이심률은 0.11 ± 0.01이다.
• 모든 세 시스템에서 뚜렷한 궤도 이심률을 확인하였으며, 이는 안정적인 로흐체우의 물질전이(RLOF) 모델이 원형 궤도를 예측한다는 예측과 모순된다.
• 조금의 금속성 영향을 고려하더라도 Chen 등(2013)의 예측보다 관측된 주기가 더 길며, 모든 금속성 수준에서 대기권 RLOF가 필요하다는 것을 시사한다.
• SED 피팅, 스펙트럼 선 분석, 중력적 적색편이로부터 유도된 대기 파라미터는 불확도 범위 내에서 일치하며, 결과의 강건성을 확인한다.