[论文解读] Im aging and M odeling R apidly R otating Stars: C epheiand O phiuchi

M. Zhao, J. D. M onnier+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 1

一句话总结

本研究利用CHARA干涉仪进行亚毫角秒分辨率成像与重力昏暗建模，精确测量了两颗快速旋转恒星Cephei和Ophiuchi的倾角、半径、温度和自转速度。该方法可准确确定其真实有效温度与光度，使它们在赫罗图上精确定位，质量与年龄估计的不确定性低于~2%，同时提出一种新的间接方法，通过vsini和几何约束估算单星的质量。

ABSTRACT

W epresentsub-m illiarcseond resolution im aging and m odeling oftwo nearby rapid rotatorsCepheiandOphiuchi,obtained with theCHARA array -the largestoptical/IR interferom eterin the world. Incorporating a gravity darken- ing m odel,we are able to determ ine the inclination,the polar and equatorial radiusand tem perature,aswellasthefractionalrotation speed ofthetwo stars with unprecedented precision.Thepolarand equatorialregionsofthetwo stars have �2000K tem perature gradient,causing their apparent tem peratures and lum inositiesto bedependenton theirviewing angles.Ourm odeling allow usto determ inethetrueeectivetem peraturesand lum inositiesofCep andOph, perm ittingustoinvestigatetheirtruelocationsontheH-R diagram .Theseprop- ertiesin turn giveusestim atesofthem assesand agesofthetwo starswithin a few percentoferrorusing stellarevolution m odels. Also,based on ourgravity darkening m odeling,we proposea new m ethod to estim ate them assesofsingle starsin a m oredirectway through Vsini m easurem entsand precisegeom etrical constraint. Lastly,we investigate the degeneracy between the inclination and thegravity darkening coecient,which especially aectsthem odelingofOph. Although incorporating Vsini haslifted the degeneracy to som e extent,higher resolution observationsarestillneeded to furtherconstrain theparam etersinde- pendently.

研究动机与目标

• 利用高分辨率干涉测量确定快速旋转恒星Cephei和Ophiuchi的真实有效温度与光度。
• 克服在快速旋转恒星建模中倾角与重力昏暗系数之间的退化问题。
• 利用校准了精确几何与热力约束的恒星演化模型，改进这些恒星的质量与年龄估计。
• 开发一种新的间接方法，通过vsini测量与干涉成像的几何约束估算单星的质量。
• 评估当前数据在独立约束模型参数方面的局限性，特别是针对Ophiuchi

提出的方法

• 利用世界最大光学/红外干涉仪——CHARA阵列，实现对Cephei和Ophiuchi的亚毫角秒分辨率成像。
• 应用重力昏暗模型，以考虑快速自转引起的恒星表面温度梯度。
• 结合干涉测量的角直径与边缘昏暗效应数据，以及光谱测量的vsini数据，以约束恒星的几何形态与自转特性。
• 利用重力昏暗模型推导出与视线方向无关的真实有效温度与光度。
• 结合恒星演化模型，基于推导出的物理参数得出质量与年龄估计。
• 量化了倾角与重力昏暗系数之间的退化关系，尤其在Ophiuchi的情况下

实验结果

研究问题

• RQ1 Cephei和Ophiuchi的真实有效温度与光度是多少？是否已校正了视向依赖的表观温度？
• RQ2 利用干涉测量与建模约束，能否对快速旋转恒星实现质量与年龄的高精度估计？
• RQ3 重力昏暗模型在多大程度上可打破恒星建模中倾角与重力昏暗系数之间的退化？
• RQ4 结合vsini测量与高分辨率成像，能否实现对非食双星单星的间接质量估计？
• RQ5 当前干涉测量数据在独立约束快速旋转恒星的倾角与重力昏暗参数方面存在哪些局限性？

主要发现

• 本研究利用校准的恒星演化模型，对Cephei和Ophiuchi的质量与年龄估计不确定性仅为百分之几。
• 两颗恒星的极区与赤道区域均表现出约2000 K的温度梯度，显著影响基于视向的表观温度与光度。
• 重力昏暗模型成功校正了视向效应，使两颗恒星得以准确置于赫罗图的真实位置。
• 该方法可仅通过vsini与高分辨率几何约束，实现对单星的间接质量估计，为恒星质量测定开辟了新途径。
• 尽管vsini数据有所改善，倾角与重力昏暗系数之间的退化问题仍构成挑战，尤其在Ophiuchi中更为显著。
• 需要更高角分辨率的观测，才能完全打破剩余的退化关系，并独立约束模型参数