[论文解读] Rediscussion of eclipsing binaries. Paper III. The interferometric, spectroscopic and eclipsing binary V1022 Cassiopeiae

J. Southworth|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用 4

一句话总结

本论文利用TESS光度观测和高分辨率光谱径向速度，首次对食双星V1022 Cassiopeiae的恒星质量与半径进行了高精度测量，得到的质量为1.626±0.001 M☉和1.609±0.001 M☉，半径为2.591±0.026 R☉和2.472±0.027 R☉，并通过四种独立方法一致得出距离约为63.4–64.0 pc，所有结果与约2 Gyr年龄的太阳金属丰度演化模型相符。

ABSTRACT

V1022 Cas has been known as a spectroscopic binary for a century. It was found to be eclipsing based on photometry from the Hipparcos satellite, and an astrometric orbit was recently obtained from near-infrared interferometry. We present the first high-precision measurement of the radii of the stars based on light curves obtained by the TESS satellite. Combined with published radial velocities from high-resolution spectra, we measure the masses of the stars to be 1.626 +/- 0.001 Msun and 1.609 +/- 0.001 Msun, and the radii to be 2.591 +/- 0.026 Rsun and 2.472 +/- 0.027 Rsun. The 12.16-d orbit is eccentric and the stars rotate sub-synchronously, so the system is tidally unevolved. A good match to these masses and radii, and published temperatures of the stars, is found for several sets of theoretical stellar evolutionary models, for a solar metallicity and an age of approximately 2 Gyr. Four separate distance determinations to the system are available, and are in good agreement. The distances are based on surface brightness calibrations, theoretical bolometric corrections, the Gaia parallax, and the angular size of the astrometric orbit. A detailed spectroscopic analysis of the system to measure chemical abundances and more precise temperatures would be helpful.

研究动机与目标

• 利用高精度TESS光度观测与光谱径向速度，测量V1022 Cassiopeiae双星系统的质量与半径，以供纳入DEBCat数据库。
• 检验基于表面亮度、总辐射修正、盖亚视差与干涉轨道尺寸的多种独立距离测量结果的一致性。
• 将观测到的恒星参数与理论演化模型进行比较，以推断年龄、金属丰度与演化状态。
• 识别未来改进光谱分析中光球层元素丰度与有效温度精度的必要性。

提出的方法

• 利用TESS第17和第24观测段的高精度光 light curves 对部分食深进行建模，以推导出相对半径。
• 结合Fekel等人（2005年）提供的高分辨率光谱径向速度数据与轨道解算结果，确定单颗恒星的质量。
• 利用K波段干涉测量（CHARA阵列）获得的天体测量轨道，提供几何距离并确认轨道倾角。
• 应用表面亮度-温度关系与总辐射修正，结合光度与有效温度数据，推导距离估计。
• 将理论恒星演化模型（PARSEC、Dartmouth、Yonsei-Yale）与观测到的质量、半径与温度进行比较，以推断年龄与金属丰度。
• 对四种独立距离估计值进行交叉验证：表面亮度法、总辐射修正法、盖亚DR2视差法与干涉测量角半长轴法。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于TESS光度观测与光谱径向速度，V1022 Cassiopeiae中两颗F6 V型恒星的精确质量与半径是多少？
• RQ2 对于该系统，四种独立距离估计——表面亮度法、总辐射修正法、盖亚视差法与干涉轨道尺寸法——的一致性如何？
• RQ3 当与理论恒星演化模型比较时，V1022 Cassiopeiae的最佳拟合年龄与金属丰度是多少？
• RQ4 观测到的质量、半径与温度在多大程度上与约2 Gyr时的太阳金属丰度模型预测一致？
• RQ5 若能获得更高精度的光谱有效温度与化学元素丰度测量，可在多大程度上提升测量精度？

主要发现

• V1022 Cassiopeiae中两颗恒星的质量测量精度达到0.1%：1.626±0.001 M☉与1.609±0.001 M☉。
• 半径测量精度为1%：2.591±0.026 R☉与2.472±0.027 R☉，其精度受限于部分食深度与光度比的测量误差。
• 四种独立距离估计值——63.2±1.1 pc（表面亮度法）、62.7±1.0 pc（总辐射修正法）、64.02±0.27 pc（干涉测量法）与63.42±0.35 pc（盖亚DR2）——在1.4σ范围内一致。
• 该系统与太阳金属丰度及约2 Gyr的年龄一致，这一结论得到PARSEC、Dartmouth与Yonsei-Yale演化模型的验证。
• 恒星处于潮汐未演化状态，在12.16天的偏心轨道中以次同步速度旋转，表明其尚未达到同步潮汐平衡。
• 未来需对有效温度与化学元素丰度进行更精确的光谱分析，以进一步区分不同模型集并减小不确定性。