[论文解读] Multiplicity of Galactic Cepheids and RR Lyrae stars from Gaia DR2 - I. Binarity from proper motion anomaly

P. Kervella, A. Gallenne+9 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Mar 8, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 128被引用 21

一句话总结

本研究利用盖亚DR2和第谷2星历表的自行数据，通过自行异常（PMa）检测银河系经典造父变星和RR Lyrae星中的双星与多合星系统。研究确认了57个造父变星双星系统（双星比例80%）和13个RR Lyrae双星系统（双星比例7%），解决了其表观双星频率偏低的长期谜题。该方法结合天体测量与光谱数据，为28个造父变星双星系统提供了质量估计。

ABSTRACT

Classical Cepheids (CCs) and RR Lyrae stars (RRLs) are important classes of variable stars used as standard candles to estimate galactic and extragalactic distances. Their multiplicity is imperfectly known, particularly for RRLs. Astoundingly, to date only one RRL has convincingly been demonstrated to be a binary, TU UMa, out of tens of thousands of known RRLs. Our aim is to detect the binary and multiple stars present in a sample of Milky Way CCs and RRLs. In the present article, we combine the Hipparcos and Gaia DR2 positions to determine the mean proper motion of the targets, and we search for proper motion anomalies (PMa) caused by close-in orbiting companions. We identify 57 CC binaries from PMa out of 254 tested stars and 75 additional candidates, confirming the high binary fraction of these massive stars. For 28 binary CCs, we determine the companion mass by combining their spectroscopic orbital parameters and astrometric PMa. We detect 13 RRLs showing a significant PMa out of 198 tested stars, and 61 additional candidates. We determine that the binary fraction of CCs is likely above 80%, while that of RRLs is at least 7%. The newly detected systems will be useful to improve our understanding of their evolutionary states. The discovery of a significant number of RRLs in binary systems also resolves the long-standing mystery of their extremely low apparent binary fraction.

研究动机与目标

• 确定银河系经典造父变星和RR Lyrae星的真实多重性频率，这些恒星对宇宙距离测量至关重要。
• 解决长期存在的矛盾：尽管已知数以万计的RR Lyrae星，但仅有一颗（TU UMa）被确认为双星。
• 利用盖亚DR2和第谷2星历表的天体测量自行异常识别并表征近距离双星系统。
• 通过识别其双星伴星，改善对这些恒星演化状态的理解。

提出的方法

• 结合盖亚DR2和第谷2星历表的位置数据，计算目标恒星的平均自行。
• 检测由不可见伴星围绕主星轨道运行引起的自行异常（PMa），表明存在双星系统。
• 应用统计显著性检验，区分真实的PMa与测量噪声或天体测量误差。
• 对于确认的双星系统，结合PMa与光谱轨道参数，估算伴星质量。
• 利用视差和自行数据，约束轨道参数，如最大半长轴和轨道周期。
• 根据PMa振幅和显著性对系统进行分类，区分确认的双星与候选体。

实验结果

研究问题

• RQ1 考虑到经典造父变星作为标准烛光的重要性，银河系经典造父变星的真实双星比例是多少？
• RQ2 为何观测到的RR Lyrae星双星比例极低（迄今仅确认一颗），这是否由于观测偏倚？
• RQ3 盖亚DR2数据中的自行异常能否揭示造父变星和RR Lyrae星中此前未被发现的近距离双星系统？
• RQ4 天体测量PMa与光谱数据的结合如何改善双星系统的质量估计？
• RQ5 新发现的双星系统的轨道特征（如半长轴、周期）是什么？

主要发现

• 本研究从254颗测试恒星中通过自行异常识别出57个确认的经典造父变星双星系统，表明双星比例超过80%。
• 此外还识别出75个造父变星候选体，表明真实双星比例可能更高。
• 在198颗测试的RR Lyrae星中，有13颗表现出显著的自行异常，另有61个候选体，暗示双星比例至少为7%。
• 对于28个确认的造父变星双星系统，通过结合天体测量PMa与光谱轨道解，估算出伴星质量。
• 检测到的RR Lyrae双星系统最大半长轴范围为0.1至20.7 au，轨道周期范围为1.5至136,000年。
• 大量RR Lyrae双星的发现解决了其双星系统表观稀缺性的长期谜题。