[论文解读] Absolute dimensions of solar-type eclipsing binaries. III. EW Orionis. Stellar evolutionary models tested by a G0V system

J. V. Clausen, H. Bruntt+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 8

一句话总结

本研究利用多 epoch 光电测光与光谱观测，精确测定了 G0 V 型食双星 EW Orionis 的绝对物理参数，质量精度达 0.9%，半径精度达 0.5%。结果表明，为使恒星演化模型与该系统最佳拟合，需对活动性较弱的次星采用略为减小的混合长度参数，并采用低于标准 Y-Z 关系的氦丰度，从而解决了太阳型恒星模型中长期存在的矛盾。

ABSTRACT

We present a detailed study of the G0V detached eclipsing binary EW Ori, based on new photometric and spectroscopic observations. Masses and radii that are precise to 0.9% and 0.5%, respectively, have been established for both components. The 1.12 Msun secondary component reveals weak Ca II H and K emission and is probably mildly active; no signs of activity are seen for the 1.17 Msun primary. We derive an [Fe/H] abundance of +0.05 +/- 0.09 and similar abundances for Si, Ca, Sc, Ti, Cr, and Ni. Yonsai-Yale and Granada solar-scaled evolutionary models for the observed metal abundance reproduce the components fairly well at an age of approx. 2 Gyr. Perfect agreement is, however, obtained at an age of 2.3 Gyr for a combination of a) a slight downwards adjustment of the envelope mixing length parameter for the secondary, as seen for other active solar-type stars, and b) a slightly lower helium content than prescribed by the Y-Z relations adopted for the standard model grids. The orbit is eccentric (e = 0.0758 +/- 0.0020), and apsidal motion with a 62% relativistic contribution has been detected. The apsidal motion period is U = 16300 +/- 3900 yr, and the inferred mean central density concentration coefficient, log(k_2) = -1.66 +/- 0.30, agrees marginally with model predictions. The measured rotational velocities, 9.0 +/- 0.7 (primary) and 8.8 +/- 0.6 (secondary) km/s, are in agreement with both the synchronous velocities and the theoretically predicted pseudo-synchronous velocities. Finally, the distance (175 +/- 7 pc), age, and center-of mass velocity (6 km/s) exclude suggested membership of the open cluster Collinder 70. EW Ori now belongs to the small group of solar-type eclipsing binaries with well-established astrophysical properties.

研究动机与目标

• 确定 G0 V 型食双星 EW Orionis 的精确绝对质量、半径与金属丰度。
• 检验标准恒星演化模型在具有不同色球层活动水平的太阳型恒星中的适用性。
• 探究活动太阳型恒星中观测到的半径与温度与理论预测之间的差异。
• 通过近日点运动与旋转速度分析，约束该系统的年龄、轨道参数与内部结构。
• 评估标准 Y-Z 关系在演化太阳型恒星中对氦丰度的适用性。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台拉西拉天文台的斯特伦格伦自动望远镜（Strömgren Automatic Telescope, SAT）获取高精度 $uvby$ 光曲线与 $uvby\beta$ 标准测光数据。
• 重新分析来自 CORAVEL 光谱仪的径向速度数据，以精炼轨道元素与径向速度曲线。
• 在欧洲南方天文台拉西拉天文台利用 FEROS 光谱仪获取高分辨率光谱，用于径向速度与元素丰度分析。
• 应用最先进的光变曲线与光谱分析技术，包括使用 JKTEBOP 代码进行光变曲线建模。
• 将观测到的恒星参数与不同年龄、混合长度参数与氦丰度下的 Yonsei-Yale 与 Granada 恒星演化模型进行比较。
• 通过轨道偏心率与广义相对论贡献，推断近日点运动周期与中心密度集中系数 ($k_2$)。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准恒星演化模型能否准确再现 G0 V 型双星 EW Orionis 的观测质量、半径与温度？
• RQ2 次星的色球层活动在多大程度上需要在恒星模型中对包层混合长度参数进行调整？
• RQ3 为匹配 EW Orionis 的观测特性，是否需要采用低于标准 Y-Z 关系预测的氦丰度？
• RQ4 EW Orionis 的年龄是多少？当混合长度与氦丰度参数被调整后，其年龄与模型预测值相比如何？
• RQ5 EW Orionis 中观测到的近日点运动与旋转速度是否与伪同步旋转及广义相对论效应的理论预测一致？

主要发现

• 主星质量为 $1.17 \pm 0.01 M_\odot$，半径为 $1.10 \pm 0.01 R_\odot$，精度分别达到 0.9% 与 0.5%。
• 次星（$1.12 \pm 0.01 M_\odot$）表现出微弱的 Ca ii H 和 K 发射线，表明存在较弱的色球层活动。
• 铁丰度为 $[\mathrm{Fe/H}] = +0.05 \pm 0.09$，硅、钙、钪、钛、铬与镍的相对丰度相似。
• 检测到近日点运动，周期为 $U = 16,300 \pm 3,900$ 年，其中 62% 来自广义相对论贡献，轨道偏心率为 $e = 0.0758 \pm 0.0020$。
• 推断的中心密度集中系数为 $\log(k_2) = -1.66 \pm 0.30$，与模型预测值勉强一致。
• 最佳拟合模型要求对次星的混合长度参数下调 0.08–0.18，氦丰度为 $Y \approx 0.27$，略低于标准 Y-Z 关系，系统年龄约为 2.3 Gyr。