[论文解读] Identifying Periodic Variable Stars and Eclipsing Binary Systems with Long-Term Las Cumbres Observatory Photometric Monitoring of ZTF J0139+5245

Aniket Sanghi, Zachary P. Vanderbosch+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用 2

一句话总结

本研究利用拉斯坎布雷斯天文台（LCO）的长期测光监测，识别出白矮星ZTF J0139+5245场中的周期性变星和食双星。通过对537天内的1,560张图像进行孔径测光和傅里叶分析，研究者检测到38个变星源，其中71%为新发现或重新分类，表明LCO的更长曝光时间与更高时间采样率可将测光精度提高约3.6倍，显著增强变星探测灵敏度。

ABSTRACT

We present the results of our search for variable stars using the long-term Las Cumbres Observatory (LCO) monitoring of white dwarf ZTF J0139+5245 with the two 1.0-m telescope nodes located at McDonald Observatory using the Sinistro imaging instrument. In this search, we find 38 variable sources, of which 27 are newly discovered or newly classified (71%) based on comparisons with previously published catalogs, thereby increasing the number of detections in the field-of-view under consideration by a factor of $\approx$ 2.5. We find that the improved photometric precision per-exposure due to longer exposure time for LCO images combined with the greater time-sampling of LCO photometry enables us to increase the total number of detections in this field-of-view. Each LCO image covers a field-of-view of $26' imes 26'$ and observes a region close to the Galactic plane ($b = -9.4^\circ$) abundant in stars with an average stellar density of $\approx 8$ arcmin$^{-2}$. We perform aperture photometry and Fourier analysis on over 2000 stars across 1560 LCO images spanning 537 days to find 28 candidate BY Draconis variables, 3 candidate eclipsing binaries of type EA, and 7 candidate eclipsing binaries of type EW. In assigning preliminary classifications to our detections, we demonstrate the applicability of the Gaia color-magnitude diagram (CMD) as a powerful classification tool for variable star studies.

研究动机与目标

• 利用长期测光监测，识别ZTF J0139+5245场中的周期性变星和食双星系统。
• 评估LCO的更长曝光时间与更高时间采样率对测光精度和变异性探测灵敏度的影响。
• 评估Gaia颜色-星等图（CMD）在缺乏光谱分类时作为变星分类工具的实用性。
• 在银河系平面附近（b = −9.4°）高恒星密度区域（约8 arcmin⁻²），增加已知变星源的数量。

提出的方法

• 对跨越537天的1,560张LCO图像中的2,227个源进行了孔径测光。
• 对g波段和r波段光变曲线进行傅里叶分析，以识别周期性信号并确定周期。
• 将源与Pan-STARRS1 DR2星表及Gaia早期数据发布3（EDR3）进行交叉匹配，以确保天体测量与测光一致性。
• 使用光变曲线的中位数平均偏差（MAD）量化测光精度，并与ZTF数据进行比较。
• 根据光变曲线形态、周期以及在Gaia CMD中的位置对变星进行分类。
• 通过与现有星表对比并识别先前分类中的不一致之处，验证分类结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 LCO的测光精度与ZTF相比如何，特别是在较暗的g波段源上？其对变异性探测的影响是什么？
• RQ2 由于LCO的更长曝光时间和更高时间采样率，ZTF J0139+5245场中可探测到的周期性变星和食双星数量增加了多少？
• RQ3 当缺乏光谱分类时，Gaia颜色-星等图在多大程度上可作为可靠变星分类工具？
• RQ4 检测到的变星中有多少是新发现或新分类的？该视场中此前未报告的源占多大比例？
• RQ5 与ZTF数据相比，使用LCO数据探测周期性信号的灵敏度增益是多少？这种增益在周期图噪声降低方面如何量化？

主要发现

• 本研究在ZTF J0139+5245场中识别出38个变星源，其中27个（71%）为新发现或新分类，使该场中已知变星总数增加约2.5倍。
• 由于LCO的曝光时间更长（2–3分钟，对比ZTF的30秒），其测光精度（每张曝光）优于ZTF，尤其在较暗的g波段源上表现更佳。
• 更长的曝光时间与更高的时间采样率相结合，降低了周期图中的噪声水平，使周期性信号探测灵敏度提高约3.6倍。
• Gaia颜色-星等图被证明是缺乏光谱分类时对变星进行初步分类的有力工具。
• 三个此前被分类为可疑的源被确认为变星，一个此前被分类为IRR的源根据光变曲线形态被重新分类为EW型食双星。
• 检测到28个候选BY Draconis变星、3个EA型食双星和7个EW型食双星，凸显了LCO在密集恒星场中监测策略的有效性。