[论文解读] Modelling of the B-type binaries CW Cep and U Oph: A critical view on dynamical masses, core boundary mixing, and core mass

C. Johnston, K. Pavlovski+1 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 100被引用 13

一句话总结

本研究利用新的高精度光谱和光度建模方法，重新分析了B型双星CW Cep和U Oph，以精炼动力学质量并评估核心性质。尽管基本参数的精度达到百分之一水平，作者发现核心边界混合过程无法被唯一确定，但成功将核心质量约束在约5–15%的不确定度范围内。

ABSTRACT

Context: Intermediate-Mass stars are often overlooked as they are not supernova progenitors but still host convective cores and complex atmospheres which require computationally expensive treatment. Due to this, there is a general lack of such stars modelled by state of the art stellar structure and evolution codes. Aims: This paper aims to use high-quality spectroscopy to update the dynamically obtained stellar parameters and produce a new evolutionary assessment of the bright B0.5+B0.5 and B5V+B5V binary systems CW Cep and U Oph. Methods: We use new spectroscopy obtained with the Hermes spectrograph to revisit the photometric binary solution of the two systems. The updated mass ratio and effective temperatures are incorporated to obtain new dynamical masses for the primary and secondary. With these, we perform isochrone-cloud based evolutionary modelling to investigate the core properties of these stars. Results: We report the first abundances for CW Cep and U Oph as well as report an updated dynamical solution for both systems. We find that we cannot uniquely constrain the amount of core boundary mixing in any of the stars we consider. Instead, we report their core masses and compare our results to previous studies. Conclusions: We find that the per-cent level precision on fundamental stellar quantities are accompanied with core mass estimates to between ~ 5-15%. We find that differences in analysis techniques can lead to substantially different evolutionary mode

研究动机与目标

• 利用新的光谱数据，提高B型双星CW Cep和U Oph的动力学恒星参数（尤其是质量比和有效温度）的精度。
• 研究核心边界混合（如对流过冲）对这些系统中大质量恒星演化状态的影响。
• 通过对比动力学解与盖亚基的光度及等离子云拟合，评估演化模型结果的稳健性。
• 指出不同研究中报告的动力学解存在不一致，并倡导采用统一分析的双星样本，以可靠推断内部混合过程。
• 建议未来演化模型应明确报告核心质量，因其与恒星演化状态有直接关联。

提出的方法

• 利用Mercator望远镜上的Hermes光谱仪获取新的高分辨率光谱，测量视向速度，并推导有效温度和表面丰度。
• 基于更新的质量比和温度，重新修正光度双星解，通过PHOEBE代码中的贝叶斯MCMC优化，提高动力学质量和半径估计的精度。
• 应用等离子云模型对精炼后的动力学参数进行分析，采用Johnston等人（2019）的方法推断模型输入和衍生参数（如核心质量与氢含量）。
• 通过与盖亚视差对比，验证双星建模所得的光度估计，以检验动力学解的一致性。
• 基于更新的轨道解和自转速率，评估潮汐同步与轨道圆化 timescales。
• 与先前研究（如Schneider等人，2014年）进行对比，后者假设为旋转混合而非扩散性过冲，凸显核心性质估计的模型依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在当前B型双星的动力学与演化建模下，核心边界混合（如对流过冲）能在多大程度上被约束？
• RQ2 更新的光谱与光度解在多大程度上提升了CW Cep和U Oph中动力学质量与半径的精度与一致性？
• RQ3 不同建模假设（如旋转混合与扩散性过冲）对推导出的核心质量与演化状态有何影响？
• RQ4 从双星建模中推导出的光度与基于盖亚视差推断的光度相比如何？这对解的稳健性有何启示？
• RQ5 不同研究中报告的动力学解之间的差异在多大程度上削弱了对近核混合过程推断的信心？

主要发现

• 本研究首次测量了CW Cep和U Oph的表面丰度，其结果与太阳组成一致。
• 以百分之一精度得出了更新的动力学质量和半径，但不同研究间的解的离散度超过了报告的精度，引发对稳健性的担忧。
• 尽管输入参数精度很高，但由于模型退化问题，核心边界混合（如过冲）的程度仍无法被唯一确定。
• 核心质量被约束在约5–15%的不确定度范围内，作为演化状态的代理指标比过冲参数更具可靠性。
• 与先前研究（如Schneider等人，2014年）的对比显示，核心质量估计值因假设的混合物理机制不同而存在显著差异，凸显了模型依赖性。
• 作者倡导采用统一分析的双星样本，以实现对对流过冲、旋转和磁性等内部过程的可靠推断。