[论文解读] Barium & related stars and their white-dwarf companions II. Main-sequence and subgiant stars

A. Escorza, Drisya Karinkuzhi+13 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 77被引用 19

一句话总结

本研究利用HERMES、SALT、CORAVEL和CORALIE的径向速度数据，对60颗主序星和亚巨星的Ba和CH星进行了系统分析，确定了27个系统的轨道参数。结果证实，Ba主序星和CH亚巨星并非处于不同的演化阶段，具有相似的金属丰度，且与白矮星伴星质量分布狭窄一致，轨道演化可能受到红巨星分支上第二阶段相互作用的影响。

ABSTRACT

Barium (Ba) dwarfs and CH subgiants are the less-evolved analogues of Ba and CH giants. They are F- to G-type main-sequence stars polluted with heavy elements by a binary companion when the latter was on the Asymptotic Giant Branch (AGB). This companion is now a white dwarf that in most cases cannot be directly detected. We present a large systematic study of 60 objects classified as Ba dwarfs or CH subgiants. Combining radial-velocity measurements from HERMES and SALT high-resolution spectra with radial-velocity data from CORAVEL and CORALIE, we determine the orbital parameters of 27 systems. We also derive their masses by comparing their location in the Hertzsprung-Russell diagram with evolutionary models. We confirm that Ba dwarfs and CH subgiants are not at different evolutionary stages and have similar metallicities, despite their different names. Additionally, Ba giants appear significantly more massive than their main-sequence analogues. This is likely due to observational biases against the detection of hotter main-sequence post-mass-transfer objects. Combining our spectroscopic orbits with the Hipparcos astrometric data, we derive the orbital inclinations and the mass of the WD companion for four systems. Since this cannot be done for all systems in our sample yet (but should be with upcoming Gaia data releases), we also analyse the mass-function distribution of our binaries. We can model this distribution with very narrow mass distributions for the two components and random orbital orientation on the sky. Finally, based on BINSTAR evolutionary models, we suggest that the orbital evolution of low-mass Ba systems can be affected by a second phase of interaction along the Red Giant Branch of the Ba star, impacting on the eccentricities and periods of the giants.

研究动机与目标

• 利用多历元径向速度测量，确定大样本主序星和亚巨星Ba和CH星的轨道参数。
• 研究Ba主序星和CH亚巨星是否代表不同的演化阶段，或是否属于连续分布的群体。
• 通过与演化模型比较，利用Hipparcos和Gaia DR2距离推导恒星质量。
• 对这些双星系统的质量函数分布进行建模，以推断伴星质量和轨道取向。
• 探讨红巨星分支上第二阶段相互作用对低质量Ba双星系统轨道偏心率和周期的影响。

提出的方法

• 从HERMES和SALT光谱仪获取60个目标的高分辨率径向速度数据。
• 结合CORAVEL和CORALIE的档案径向速度数据，以提高轨道解的准确性。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法确定最佳拟合轨道参数及其不确定性。
• 利用Gaia DR2视差和高分辨率光谱的恒星参数，将目标绘制在赫罗图上。
• 将观测位置与STAREVOL演化模型比较，以推导质量。
• 对观测到的质量函数分布进行建模，假设双星两子星均具有窄质量分布，且轨道倾角随机分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 Ba主序星和CH亚巨星是否处于不同的演化阶段，还是代表一个连续的群体？
• RQ2 Ba主序星和CH亚巨星系统中白矮星伴星的质量分布是什么？是否与理论预期一致？
• RQ3 这些系统的轨道参数（周期、偏心率）与双星演化模型的预测相比如何？
• RQ4 观测到的质量函数分布是否能通过双星两子星的窄质量函数和随机轨道取向来解释？
• RQ5 在红巨星分支上的第二阶段相互作用是否会影响Ba巨星的轨道特性？

主要发现

• Ba主序星和CH亚巨星并非处于不同的演化阶段，且具有相似的金属丰度，挑战了传统上对它们的区分。
• 样本的质量函数分布与白矮星伴星质量分布狭窄（峰值约0.6 M⊙）一致。
• 通过结合光谱轨道与Hipparcos天体测量数据，为四个系统推导出轨道倾角和白矮星质量。
• Ba巨星的质量显著高于其主序星对应体，这可能是由于对更热的吸积后恒星的观测偏差所致。
• 观测到的质量函数分布最合理的解释是：双星两子星均具有窄质量函数，且轨道倾角在天空中随机分布。
• BINSTAR演化模型表明，红巨星分支上的第二阶段相互作用可能影响低质量Ba双星系统的轨道偏心率和周期。