[论文解读] Detached eclipsing binaries as primary distance and age indicators

B. Paczyński|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 1996

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 6

一句话总结

本文提出，通过光谱和测光观测直接测量恒星质量、半径、光度和距离，分离食双星可作为精确的一级距离和年龄指示器。当结合利用颜色或谱线深度比值校准的表面亮度模型大气时，该方法可实现对本星系群星系约1%精度的距离测量，并可通过主序拐折附近的质量-光度关系对恒星演化理论进行高精度检验。

ABSTRACT

Detached eclipsing double line spectroscopic binaries offer an opportunity to measure directly stellar parameters: mass, luminosity, radius, as well as the distance. The only non-trivial step is the need to determine surface brightness of each component on the basis of something measurable, like the color or the line ratios. Modern model atmospheres provide a fairly good calibration of that relation, but empirical verification is possible, and it is needed to achieve the highest accuracy. When this approach is fully developed the detached eclipsing binaries should provide direct (single step) distances with about 1% accuracy to all galaxies in the Local Group. Recent discovery of numerous detached eclipsing binaries near the main sequence turn-off points in several globular clusters (Kaluzny et al. 1996a,b) will be followed by accurate determinations of distances, masses and luminosities. The empirical the mass - luminosity relation near the main sequence turn-off point will allow accurate age and helium determinations, and a check on the stellar evolution theory.

研究动机与目标

• 开发一种利用分离食双星对本星系群星系进行直接、一步到位距离测量的方法。
• 通过主序拐折附近精确的质量-光度关系，实现对恒星年龄和氦丰度的准确测定。
• 利用现代模型大气和实证验证，将表面亮度从颜色或谱线深度比值等可观测量进行校准。
• 通过将观测到的质量-光度关系与理论预测进行比较，检验恒星演化理论。
• 利用近年来在球状星团中发现的食双星，实现高精度天体物理测量。

提出的方法

• 利用双线光谱观测测量双星两子星的视向速度和轨道元素。
• 应用光变曲线测量轨道倾角、食深和相对半径。
• 结合视向速度解和光变曲线解，推导出两颗恒星的绝对质量、半径和光度。
• 利用模型大气作为校准工具，从观测颜色或谱线深度比值估算表面亮度。
• 利用表面亮度关系，直接从视星等和绝对光度确定距离模数。
• 应用主序拐折附近推导出的质量-光度关系，推断恒星年龄和氦丰度。

实验结果

研究问题

• RQ1 分离食双星能否在表面亮度校准良好的前提下，以约1%的精度实现对本星系群星系的直接、一步到位距离测量？
• RQ2 从颜色或谱线深度比值等可观测量校准表面亮度的精度如何？
• RQ3 观测到的主序拐折附近的质量-光度关系在多大程度上能约束恒星年龄和氦丰度？
• RQ4 对模型大气校准的实证验证能否提高距离和年龄测定的精度？
• RQ5 球状星团中食双星的观测参数在多大程度上可检验恒星演化理论的预测？

主要发现

• 当表面亮度校准良好时，分离食双星可对本星系群星系实现约1%精度的直接距离测量。
• 在球状星团中主序拐折附近发现大量食双星，使距离、质量与光度的高精度测定成为可能。
• 从颜色或谱线深度比值对表面亮度关系进行实证校准，是实现距离和年龄估计最高精度的关键。
• 主序拐折附近观测到的质量-光度关系可实现对恒星年龄和氦丰度的精确测定。
• 通过比较观测与理论的质量-光度关系，该方法为恒星演化理论提供了强有力的检验。
• 该方法提供了一种稳健、基于物理的校准河外距离阶梯的方法，无需依赖中间距离指示器。