[論文レビュー] The quest for companions to post-common envelope binaries: III. A reexamination of HW Virginis

K. Beuermann, S. Dreizler+2 more|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|Jun 14, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用数 47

ひとこと要約

本稿では、共通大気殻後の連星系HW Virginisの観測された食時刻変動を、光時遅れ効果のみで説明する、世俗的に安定な二つの同伴天体モデルを提案する。この系は、内側に木星質量14倍の巨大惑星と、より質量の大きな外側の同伴天体（30–120 M_Jup）を有し、共面的軌道にあり、動力学的シミュレーションにより10^7年間にわたり安定であることが確認され、近接連星系における惑星仮説を強く支持する。

ABSTRACT

We report new mid-eclipse times of the short-period sdB/dM binary HW Vir, which differ substantially from the times predicted by a previous model. The proposed orbits of the two planets in that model are found to be unstable. We present a new secularly stable solution, which involves two companions orbiting HW VIr with periods of 12.7 yr and 55 +/-15 yr. For orbits coplanar with the binary, the inner companion is a giant planet with mass M_3 sin i_3 = 14 M_Jup and the outer one a brown dwarf or low-mass star with a mass of M_4 sin i_4 = 30-120 M_Jup. Using the mercury6 code, we find that such a system would be stable over more than 10^7 yr, in spite of the sizeable interaction. Our model fits the observed eclipse-time variations by the light-travel time effect alone, without invoking any additional process, thereby providing support for the planetary hypothesis of the eclipse-time variations in close binaries. The signature of non-Keplerian orbits may be visible in the data.

研究の動機と目的

• 新しく得られた中食時刻データを用いて、HW Virginis連星系における食時刻変動の惑星仮説を再評価すること。
• 以前に提案された二惑星モデルの動力学的安定性、特に世俗的安定性をテストすること。
• 観測されたすべての食時刻変動を、追加のメカニズムを用いずに説明できる、新たな安定的で動力学的に整合性のある二同伴天体解を構築すること。
• 相互作用による非ケプラー的軌道効果が、食時刻残差に検出可能な痕跡を残すかどうかを評価すること。
• 進化した連星系における円周連星惑星系の文脈で、同様の系を解釈するための強固な動力学的フレームワークを提供すること。

提案手法

• MONET/N望遠鏡およびAAVSOデータを用いて、約75,000から約85,300の周期にわたるHW Virginisの新たな中食時刻を取得した。
• Leeら（2009年）が提案したモデルからの偏差を検出するために、観測値から計算値を差し引いた（O–C）食時刻残差を再分析した。
• 長期間の二惑星系の動力学的進化をシミュレートするために、mercury6 N体統合コードを用い、10^7年以上にわたる世俗的安定性をテストした。
• 二つのケプラー的軌道の光時遅れ（LTT）効果を用いて、観測された食時刻変動をフィットさせ、離心率および近日点引張角を自由パラメータとして許容した。
• 相互作用による惑星間の摂動が食時刻に与える影響を評価し、残差に非ケプラー的痕跡が残る可能性を特定した。
• 最小二乗法によるフィッティングを通じて、軌道パラメータ（周期、質量、傾き）を制約した。質量は、軌道傾きが不明なため、M sin iとして報告された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Lee ら（2009年）が提唱したHW Virginisの二惑星モデルは、長期スケールで動力学的に安定であるか？
• RQ2 追加のメカニズムを用いずに、光時遅れ効果のみで観測された食時刻変動を説明できる新たな二同伴天体モデルは存在するか？
• RQ3 HW Virginis連星の周囲で、安定で共面的配置の二つの同伴天体の軌道パラメータに課される動力学的制約は何か？
• RQ4 相互作用による非ケプラー的軌道効果が、食時刻残差に検出可能な痕跡を残すか？
• RQ5 観測されたO–C変動は、安定な惑星系によって完全に説明可能であり、このような系における惑星仮説を強化できるか？

主な発見

• Lee ら（2009年）が提唱した元の二惑星モデルは動力学的に不安定であり、観測された食時刻変動の妥当な説明として除外された。
• 新たな世俗的安定な二同伴天体解が得られ、内側の同伴天体は周期12.7 ± 0.2年、最小質量14.3 ± 1.0 M_Jup（i = 80.9°）であり、外側の同伴天体は周期55 ± 15年、質量30–120 M_Jupであった。
• mercury6コードを用いたN体シミュレーションにより、10^7年以上にわたりこの系が安定であることが確認され、長期的な動力学的妥当性が裏付けられた。
• 観測された食時刻変動は、二つの同伴天体による光時遅れ効果のみで完全に説明可能であり、磁気的ブレーキやApplegate型効果などの追加メカニズムは不要であった。
• 相互作用による非ケプラー的摂動は、LTT振幅に顕著な軌道間変動（内側の同伴天体で10秒以上）を引き起こし、このような効果が残差に現れる可能性があることが示された。
• 二つのケプラー的寄与を差し引いた残差には非ランダムな構造が見られ、非ケプラー的運動の潜在的観測的痕跡を示唆しているが、特定の区間ではデータ品質が限定的であった。