[论文解读] Absolute dimensions of eclipsing binaries. XXVIII. BK Pegasi and other F-type binaries: Prospects for calibration of convective core overshoot

J. V. Clausen, S. Frandsen+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 58被引用 19

一句话总结

本研究精确测定了F型食双星BK Pegasi的绝对参数和金属丰度，测得质量分别为1.414±0.007 M☉和1.257±0.005 M☉，半径分别为1.988±0.008 R☉和1.474±0.017 R☉。观测到的年龄差异——即质量较大的组分在模型中显得更年轻——表明需对恒星演化模型中的对流核心过冲参数进行精细调整，可利用BK Peg和类似F型双星作为校准工具。

ABSTRACT

We present a detailed study of the F-type detached eclipsing binary BK Peg, based on new photometric and spectroscopic observations. The two components, which have evolved to the upper half of the main-sequence band, are quite different with masses and radii of (1.414 +/- 0.007 Msun, 1.988 +/- 0.008 Rsun) and (1.257 +/- 0.005 Msun, 1.474 +/- 0.017 Rsun), respectively. The 5.49 day period orbit of BK Peg is slightly eccentric (e = 0.053). The measured rotational velocities are 16.6 +/- 0.2 (primary) and 13.4 +/- 0.2 (secondary) km/s. For the secondary component this corresponds to (pseudo)synchronous rotation, whereas the primary component seems to rotate at a slightly lower rate. We derive an iron abundance of [Fe/H] =-0.12 +/- 0.07 and similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, Cr and Ni. Yonsei-Yale and Victoria-Regina evolutionary models for the observed metal abundance reproduce BK Peg at ages of 2.75 and 2.50 Gyr, respectively, but tend to predict a lower age for the more massive primary component than for the secondary. We find the same age trend for three other upper main-sequence systems in a sample of well studied eclipsing binaries with components in the 1.15-1.70 Msun range, where convective core overshoot is gradually ramped up in the models. We also find that the Yonsei-Yale models systematically predict higher ages than the Victoria-Regina models. The sample includes BW Aqr, and as a supplement we have determined a [Fe/H] abundance of -0.07 +/- 0.11 for this late F-type binary. We propose to use BK Peg, BW Aqr, and other well-studied 1.15-1.70 Msun eclipsing binaries to fine-tune convective core overshoot, diffusion, and possibly other ingredients of modern theoretical evolutionary models.

研究动机与目标

• 确定F型食双星BK Pegasi的精确绝对参数（质量、半径、温度）和金属丰度。
• 研究F型双星中质量较大组分的年龄预测与质量较小组分相比出现差异的原因。
• 评估Yonsei-Yale与Victoria-Regina恒星演化模型在重现BK Peg及其类似系统观测参数方面的表现。
• 提出一个校准后的F型双星样本（包括BK Peg和BW Aqr），用于精细调整对流核心过冲及其他模型参数。
• 识别为减少中等质量恒星模型年龄预测不确定性所需开展的观测与理论改进。

提出的方法

• 利用智利拉西拉天文台的斯特罗姆伦自动望远镜（Strömgren Automatic Telescope, SAT）获取高精度的$uvby$测光曲线和$uvby\beta$标准测光数据。
• 利用拉帕尔马岛北欧光学望远镜上的FIES光谱仪获取高分辨率光谱，以测定大气参数和元素丰度。
• 开展光谱丰度分析，确定[Fe/H] = -0.12 ± 0.07，并获得Si、Ca、Sc、Ti、Cr和Ni等元素的相似相对丰度。
• 测得主星的旋转速度为16.6 ± 0.2 km s⁻¹，次星为13.4 ± 0.2 km s⁻¹，表明次星接近同步旋转。
• 将BK Peg及其余七颗已深入研究的F型双星（质量范围1.15–1.70 M☉）的观测参数与Yonsei-Yale和Victoria-Regina恒星演化模型进行比较。
• 评估模型对年龄、质量与半径的预测，重点关注两组模型之间在年龄预测上的差异，以及两组模型内部的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何Yonsei-Yale与Victoria-Regina恒星演化模型对同一观测双星系统预测出系统性不同的年龄？
• RQ2 为何在模型预测中，BK Pegasi中质量较大的组分显得比质量较小的组分更年轻，尽管其演化状态更先进？
• RQ3 在1.15–1.70 M☉质量范围内的F型食双星的观测参数在多大程度上可用于校准恒星模型中对流核心过冲的处理？
• RQ4 BK Pegasi的观测旋转速度和轨道偏心率（e = 0.053）如何约束其演化历史与角动量演化？
• RQ5 为减少年龄差异并提高中等质量恒星恒星演化模型的预测精度，观测数据与模型物理方面需进行哪些改进？

主要发现

• BK Pegasi的主星质量为1.414 ± 0.007 M☉，半径为1.988 ± 0.008 R☉；次星质量为1.257 ± 0.005 M☉，半径为1.474 ± 0.017 R☉。
• 铁丰度为[Fe/H] = -0.12 ± 0.07，Si、Ca、Sc、Ti、Cr和Ni等元素的相对丰度相似，表明金属丰度接近太阳值。
• 旋转速度分别为16.6 ± 0.2 km s⁻¹（主星）和13.4 ± 0.2 km s⁻¹（次星），次星与准同步旋转一致。
• Yonsei-Yale模型在2.75 Gyr时能较好拟合BK Pegasi，而Victoria-Regina模型则需2.50 Gyr，表明两组模型存在系统性年龄偏差。
• 在另外三颗演化程度较高的F型双星（包括BW Aqr）中，质量较大的组分也被预测为比质量较小的组分更年轻，该趋势与BK Peg结果一致。
• 作者建议，BK Pegasi、BW Aqr及其他在1.15–1.70 M☉范围内的已深入研究的F型双星，应被用作校准对流核心过冲及其他模型参数的样本，尤其考虑到观测到的年龄差异。