[论文解读] Photometric binaries in fifty Globular Clusters

A. P. Milone, G. Piotto+2 more|ArXiv.org|Jan 21, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 3

一句话总结

本研究利用 Anderson 等人（2008）星表中的高精度 HST/ACS 光度数据，分析了 50 个银河系球状星团中的光度双星。通过识别主序星脊线（MSRL）红序方向的恒星，并利用人工恒星实验对完备性和场星污染进行修正，发现双星分数与星团绝对光度之间存在显著的负相关关系，即较暗的星团拥有更高的双星分数。

ABSTRACT

The HST/ACS Survey of Galactic globular clusters (GGCs) is a HST Treasury project aimed at obtaining high precision photometry in a large sample of globular clusters. The homogeneous photometric catalogs that has been obtained from these data by Anderson et al. (2008) represents a golden mine for a lot of astrophysical studies. In this paper we used the catalog to analyse the properties of MS-MS binary systems from a sample of fifty GGCs. We measured the fraction of binaries (divided in different groups), studied their radial distribution and constrained the mass ratio distribution. We investigated possible relations between the fraction of binaries and the main parameters of their host GGCs. We found a significant anti-correlation between the binary fraction in a cluster and its absolute luminosity (mass).

研究动机与目标

• 测量一个大规模、同质的 50 个银河系球状星团（GGCs）样本中主序双星系统的分数。
• 研究双星在星团核心区域与外区的径向分布，以评估动力学分异现象。
• 约束双星的质量比分布，并评估其与星团性质的关系。
• 探索双星分数与关键星团参数（如光度、金属丰度和弛豫时间）之间的相关性。
• 使用人工恒星模拟，对光度系统误差（包括差分消光、完备性和场星污染）进行校正。

提出的方法

• 利用 HST/ACS 银河系球状星团调查的高精度光度数据，特别是 Anderson 等人（2008）的同质星表。
• 通过在颜色-星等图（CMD）中选择位于主序星脊线（MSRL）红序一侧的恒星，识别潜在的双星。
• 利用人工恒星实验对光度完备性和场星污染进行校正，应用完备性加权校正：$ N = \sum{1/c_i} $。
• 应用 Milone 等人（2008）的颜色校正技术，以减轻差分消光和零点误差导致的颜色弥散。
• 使用公式计算高质质量比双星分数：$ f_{bin} = \frac{N_{OBS}^{B} - N_{FIELD}^{B}}{N_{OBS}^{A} - N_{FIELD}^{A}} - \frac{N_{ART}^{B}}{N_{ART}^{A}} $，其中 A 和 B 为颜色-星等区域。
• 采用统计方法，将观测到的 CMD 与 10,000 个包含不同双星分数和质量比分布 $ f(q) $ 的模拟 CMD 进行比较，估算全局双星分数。

实验结果

研究问题

• RQ1 球状星团中的双星分数与其绝对光度之间是否存在显著相关性？
• RQ2 双星的径向分布与不同星团区域中单星主序星的分布相比如何？
• RQ3 主序-主序双星中质量比 $ q = M_2/M_1 $ 的分布是怎样的，其如何随星团性质变化？
• RQ4 星团参数（如金属丰度、核心弛豫时间与中心密度）在多大程度上影响观测到的双星分数？
• RQ5 光度系统误差（如差分消光和完备性）如何影响测量的双星分数，以及如何进行校正？

主要发现

• 在核心区域（I_CORE 样本）中，发现双星分数与星团的绝对视觉星等之间存在高度显著的负相关关系，即较暗的星团表现出更高的双星分数。
• 对于 I_CORE 样本，当星团光度降低时，质量比 $ q > 0.5 $ 的双星分数随之增加，如图 2 所示。
• 在 HM 和 O_HM 样本中，双星分数与光度的负相关关系依然存在，表明该趋势在不同径向区域均成立，尽管在外区显著性有所降低。
• 在 37 个具有良好内场光度数据的星团中，约 60% 的星团中双星的径向分布比单星主序星更集中于核心区域。
• 未发现双星分数与星团碰撞参数之间存在强相关性，表明双星演化可能并非主要由核心区域的双体弛豫驱动。
• 基于与模拟 CMD 统计比较的全局双星分数估算，对光度误差敏感，因此被视为近似估计。