[论文解读] Properties and nature of Be stars. XX. Binary nature and orbital elements of gamma Cas

P. Harmanec, Pevel Habuda+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本研究利用1993年至2000年间的295张Reticon摄谱仪高精度径向速度（RV）测量数据，首次在Be星γ Cas中检测到轨道运动。研究识别出一个轨道周期为203.59天、偏心率e = 0.26的光谱双星系统，表明存在一个质量约为1 M⊙的致密伴星（可能为白矮星或中子星），解决了其双星性质及X射线起源长期存在的争议。

ABSTRACT

An analysis of accurate radial velocities (RVs) of the Be star gamma Cas from 295 Reticon spectrograms secured between October 1993 and May 2000 allowed us to prewhiten the RVs for the long-term changes and to obtain the first orbital RV curve of this star. The orbital period is 203d59 and the orbit has an eccentricity of 0.26. The orbital motion is detectable even in the published velocities, based on photographic spectra. This implies that gamma Cas is a primary component of a spectroscopic binary. The secondary has a mass of about 1 solar mass, appropriate for a white dwarf or a neutron star, but it could also be a normal late-type dwarf. The ultimate solution of the dispute whether the observed X-ray emission is associated with the secondary or with the primary will need further dedicated studies.

研究动机与目标

• 利用电子摄谱仪的高精度径向速度测量数据，确定γ Cas的轨道参数。
• 解决长期存在的争议：γ Cas是否为含致密伴星的光谱双星。
• 澄清X射线辐射的起源——是致密天体吸积所致，还是Be星自身的物理过程所致。
• 调查已报道的约1.12天周期与新推导出的1.487天光变周期之间的差异。
• 评估轨道运动对观测到的X射线变异性及吸积过程的影响。

提出的方法

• 使用Ondřejov 2米望远镜在1993至2000年间获取了295张γ Cas的Reticon摄谱仪数据，线性色散为17.1 Å mm⁻¹。
• 采用SPEFO软件进行标准数据还原，通过地基吸收线校正径向速度零点。
• 交互式测量Hα和He I 6678线的径向速度，重点关注发射线与壳层成分。
• 利用样条平滑法（Vondrák, 1969, 1977）对径向速度数据进行预白化处理，以分离长期变化，突出周期性信号。
• 对预白化后的径向速度残差进行周期图分析，以检测轨道周期性。
• 重新分析Hipparcos Hp光变数据（flag=0），时间范围为0.6–5.0天，测试短周期变异性，并对线性趋势进行预白化处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 γ Cas是否在高精度径向速度测量中表现出可检测的轨道运动？
• RQ2 该双星系统的轨道元素（周期、偏心率、半振幅）为何？
• RQ3 γ Cas的X射线辐射是由于致密伴星吸积所致，还是源于Be星自身的物理过程？
• RQ4 在Hipparcos数据中观测到的短周期光变的真正周期是多少？
• RQ5 轨道偏心率如何影响潜在的X射线调制与吸积过程？

主要发现

• γ Cas的轨道周期为203.59天，偏心率为0.26，通过Hα和He I线的径向速度数据预白化处理得到证实。
• 主星的轨道速度半振幅在4.7–7 km s⁻¹之间，表明伴星质量在0.7至1.9 M⊙之间。
• 伴星极有可能为致密天体（白矮星或中子星），但也不能完全排除晚型矮星的可能性。
• Hipparcos光变数据揭示最佳拟合短周期为1.48700 ± 0.00013天，与先前报道的1.123天显著不同。
• 203.59天的轨道为椭圆轨道，不同于大多数已知的Be双星系统，暗示吸积过程具有相位依赖性，且可能引起X射线调制。
• 该轨道解解决了早期研究因依赖胶片摄谱仪而未能检测到轨道运动所导致的模糊性。