[论文解读] Long period sdB + MS binaries with Mercator

J. Vos, R. H. Østensen+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2013

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 5被引用 4

一句话总结

本研究利用Mercator望远镜HERMES仪器的高分辨率光谱，为六个长周期次矮星B型（sdB）+主序星（MS）双星系统提供了轨道解。关键发现是，六个系统中有五个表现出显著的轨道偏心率，这与红巨星演化过程中潮汐圆化作用导致轨道趋于圆形的预期相悖，暗示对sdB双星形成过程中潮汐与质量传输过程的理解尚不完整。

ABSTRACT

The predicted orbital period distribution of the subdwarf-B (sdB) population is bi-modal with a peak at short (< 10 days) and long (> 250 days) periods. Observationally, many short-period sdB systems are indeed known. The predicted long period peak is missing and orbits have only been determined for a few long-period systems. As these predictions are based on poorly understood binary-interaction processes, it is of prime importance to confront the predictions to well-constrained observational data. We therefore initiated a monitoring program to find and characterize long-period sdB stars with the 1.2 m Mercator telescope. Here we present the results of this program.

研究动机与目标

• 为解决理论预测与长周期sdB双星观测之间的差异，即理论预测其轨道周期分布呈双峰分布且在250天以上有峰值，但实际观测中却极少发现该现象。
• 通过高精度径向速度监测，表征长周期sdB+MS双星的轨道参数与物理特性。
• 检验在红巨星分支阶段，潮汐圆化是否如当前假设般高效，鉴于这些系统中观测到的偏心率。
• 通过提供稀有长周期sdB系统的精确轨道元素与恒星参数，改进双星演化模型的约束。

提出的方法

• 在拉帕尔马天文台的1.2米Mercator望远镜上，利用HERMES光谱仪在4年基线（2009–2013）内获取了高分辨率光谱。
• 通过在波段55–74（4780–6530 Å）使用G2型掩模进行互相关，测量主序星成分的径向速度，避免受sdB谱线污染。
• 由于孤立sdB谱线稀少，sdB成分的径向速度通过与He I 5875 Å波段的高分辨率合成谱进行互相关获得。
• 通过将开普勒轨道拟合至径向速度数据，确定轨道元素，包括周期（P）、近日点时刻（T₀）、偏心率（e）、近日点角（ω）、径向速度振幅（K）和系统径向速度（γ）。
• 利用光谱能量分布（SED）拟合，结合测光数据与合成模型，推导出两成分的有效温度与表面重力。
• 应用蒙特卡洛模拟，通过向观测光谱添加高斯噪声并重复互相关过程，估算径向速度测量的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何理论预测的sdB恒星轨道周期分布中长周期峰值（>250天）在观测中未被发现？
• RQ2 在sdB前体恒星的红巨星分支阶段，潮汐力在多大程度上能有效实现轨道圆化？
• RQ3 当前双星演化模型能否解释长周期sdB+MS双星中观测到的偏心率？
• RQ4 这些长周期系统中sdB与主序星成分的物理参数（Teff, log g, 质量）是什么？
• RQ5 在一个系统中存在一颗低温、演化过的伴星（如K型巨星）是否与标准双星演化情景一致？

主要发现

• 六个sdB+MS双星的轨道周期在750至1300天以上之间，确认其为长周期系统。
• 六个系统中有五个表现出显著的轨道偏心率（e > 0.1），其中BD −7° 5977的偏心率最高，达e = 0.37，与潮汐圆化后轨道趋于圆形的预期相矛盾。
• sdB成分的质量与经典值0.47 ± 0.05 M☉一致，支持后核心氦闪演化模型。
• sdB恒星的有效温度在22,500 K至36,900 K之间，表面重力log g在5.02至5.85 dex之间，表明其为高温、致密恒星。
• 主序星伴星的有效温度在4720 K至6180 K之间，表面重力log g在2.86至4.36 dex之间，表明其为主序星或略有演化的恒星。
• 对BD −7° 5977的SED拟合揭示一颗K2III型伴星，Te ff = 4720 ± 250 K，log g = 2.86 ± 0.35 dex，表明其比主序星更明亮，可能已演化，且具有较高的消光E(B−V) = 0.034 ± 0.034 mag。