[论文解读] Monitoring evolved stars for binarity with the HERMES spectrograph

N. Gorlova, H. Van Winckel+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 3

一句话总结

本研究利用位于拉帕尔马的Mercator望远镜上的HERMES摄谱仪进行高精度径向速度监测，探测演化星（包括热亚矮星、钡/ S 型星以及具有盘状结构的后-AGB星）中的长周期、高偏心率双星系统。主要发现包括：探测到轨道周期长达1,210天的系统，其偏心率超出标准双星演化理论的预测，同时发现正在进行的质量转移现象以及盘状系统中的散射光证据。

ABSTRACT

Binarity is often invoked to explain peculiarities that can not be explained by the standard theory of stellar evolution. Detecting orbital motion via the Doppler effect is the best method to test binarity when direct imaging is not possible. However, when the orbital period exceeds the duration of a typical observing run, monitoring often becomes problematic. Placing a high-throughput spectrograph on a small semi- robotic telescope allowed us to carry out a radial-velocity survey of various types of peculiar evolved stars. In this review we highlight some findings after the first four years of observations. Thus, we detect eccentric binaries among hot subdwarfs, barium, S stars, and post- AGB stars with disks, which are not predicted by the standard binary interaction theory. In disk objects, in addition, we find signs of the on- going mass transfer to the companion, and an intriguing line splitting, which we attribute to the scattered light of the primary.

研究动机与目标

• 通过径向速度监测检验演化星的双星性质，尤其针对直接成像不可行的系统。
• 研究双星相互作用在解释后主序星（如钡星、S型星以及具有盘状结构的后-AGB天体）异常特征中的作用。
• 表征轨道参数、恒星性质及周恒星动力学，以约束双星演化理论。
• 识别正在进行质量转移的系统，并探测周恒星环境中散射光的特征。
• 解决双星演化理论在连接后主序星不同演化阶段时缺乏实证证据的问题。

提出的方法

• 利用安装在1.2米Mercator望远镜上的高吞吐量、高分辨率（R = 85,000）HERMES光纤阶梯摄谱仪。
• 采用温控环境，实现优于200 m s⁻¹的径向速度测量精度。
• 应用基于Python的处理流程，通过针对不同光谱型和金属丰度定制的吸收线掩模，进行光谱数据降噪与径向速度测定。
• 采用长期、排队模式观测，观测间隔从每周到每学期数次不等，以构建密集的光谱时间序列。
• 对双星两子星的径向速度曲线独立进行轨道拟合，以测量系统速度差异和轨道元素。
• 分析Hα轮廓与互相关函数（CCFs），以检测反映质量转移和散射光的光谱特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在热亚矮星和后-AGB星等演化星中，长周期、高偏心率双星的轨道分布如何？
• RQ2 径向速度监测能否探测到具有周恒星盘的系统中正在进行的质量转移？其光谱特征是什么？
• RQ3 为何观测到的演化双星系统的轨道周期和偏心率超出标准双星相互作用理论的预测？
• RQ4 某些盘状系统中观测到的不对称或双峰Hα轮廓的成因是什么？其与轨道相位有何关联？
• RQ5 后-AGB星中盘状系统CCF中观测到的卫星特征是否可归因于散射光而非物理伴星？

主要发现

• 发现了八个长周期热亚矮星双星系统，其轨道周期在491至1,363天之间，所有系统的偏心率均高于稳定洛希瓣溢出理论的预测值。
• 测得亚矮星与其冷伴星之间的系统速度差约为~1 km s⁻¹，与引力红移效应一致。
• 在具有盘状结构的后-AGB星中，Hα轮廓呈现双峰发射，且在主星上合时变为不对称或被蓝移吸收替代，表明存在正在进行的质量转移。
• 部分系统中观测到类似P Cygni的轮廓，且在特定轨道相位增强，表明视线方向为极向视向，且存在活跃吸积过程。
• 在IRAS 19135+3937和BD+46 442的互相关函数中探测到卫星特征，解释为来自环双星盘的反射光，而非物理伴星。
• 对IRAS 19135+3937的光变监测显示，其在最小亮度时颜色更蓝，支持散射光的解释，与类似系统中的干涉观测结果一致。