[论文解读] Searching for Potential Mergers among 22 500 Eclipsing Binary Stars in the OGLE-III Galactic Bulge Fields

P. Pietrukowicz, I. Soszyński+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2017

Astronomical Observations and Instrumentation被引用 10

一句话总结

本研究分析了OGLE-III银河系银心场中的22,462颗短周期食双星，以搜寻轨道周期变化迹象，这些迹象可能预示着恒星并合。利用从OGLE-I到OGLE-IV的多 epoch 光电观测数据，识别出56个具有显著周期减小的系统——主要为接触双星——但没有系统表现出在V1309 Sco并合前观测到的快速衰减，表明第三颗星体或黑子活动更可能是原因，而非即将发生的并合。

ABSTRACT

Inspired by the discovery of the red nova V1309 Sco (Nova Scorpii 2008) and the fact that its progenitor was a binary system with a rapidly decreasing orbital period, we have searched for period changes in OGLE binary stars. We have selected a sample of 22 462 short-period (P_orb < 4d) eclipsing binary stars observed toward the Galactic bulge by the OGLE-III survey in years 2001-2009. This dataset was extended with photometry from OGLE-II (1997-2000) and the first six years of OGLE-IV (2010-2015). For some stars, the data were supplemented with OGLE-I photometry (1992-1995). After close inspection of the whole sample we have found 56 systems with realistic period decrease and 52 systems with realistic period increase. We have also recognized 35 systems with cyclic period variations. The highest negative period change rate of -1.943 x10^-4 d/y has been detected in detached eclipsing binary OGLE-BLG-ECL-139622 with P_orb = 2.817 d, while all other found systems are contact binaries with orbital periods mostly shorter than 1.0 d. For 22 our systems with decreasing orbital period the absolute rate is higher than the value reported recently for eclipsing binary KIC 9832227. Interestingly, there is an excess of systems with high negative period change rate over systems with positive rate. We cannot exclude the possibility that some of the contact binaries with relatively long orbital period and high negative period change rate will merge in the future. However, our results rather point to the presence of tertiary companions in the observed systems and/or spot activity on the surface of the binary components.

研究动机与目标

• 研究食双星的周期变化是否可作为未来恒星并合的指示信号，灵感来自红新星V1309 Sco。
• 评估轨道周期减小的系统是否可能处于并合的临界阶段，依据周期演化模式。
• 区分周期变化是由并合、第三颗星体引力扰动，还是恒星活动（如黑子）引起的。
• 基于高负周期变化率，识别未来监测的候选系统。
• 评估第三星伴和星spot活动在解释观测到的周期变化中的作用。

提出的方法

• 从2001–2009年OGLE-III数据中选取22,462颗轨道周期小于4天的食双星，位于银河系银心区域。
• 利用OGLE-II（1997–2000）、OGLE-IV（2010–2015）和OGLE-I（1992–1995）的光电数据扩展光曲线，延长时间基线。
• 应用差值图像分析（DIA）处理光度数据，提高测量精度。
• 对光曲线拟合轨道周期解，以检测单调周期变化（正或负）及周期性变化。
• 与X射线巡天（钱德拉和XMM-Newton）进行交叉匹配，搜寻色球层活动或致密伴星的证据。
• 根据形态分类（分离双星、半分离双星、接触双星），并分析光度变化与周期变化的相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在银河系银心区域是否存在周期变化与即将发生的恒星并合一致的食双星系统？
• RQ2 观测到的周期变化率与已知并合前驱体（如V1309 Sco）的周期变化率相比如何？
• RQ3 第三颗星体轨道扰动或星spot活动在多大程度上可解释观测到的周期变化？
• RQ4 哪些系统的周期变化率超过KIC 9832227的数值（已知的未来并合候选体）？
• RQ5 样本中长期光度变化与周期变化之间是否存在相关性？

主要发现

• 共108颗食双星表现出可靠的单调周期变化：56个周期减小，52个周期增加。
• 周期减小率最高的为分离双星OGLE-BLG-ECL-139622，达−1.943×10⁻⁴ d/y，轨道周期为2.817 d。
• 除OGLE-BLG-ECL-139622外，所有具有显著周期变化的系统均为周期短于1.0 d的接触双星。
• 22个具有负周期变化的系统，其绝对变化率超过−2×10⁻⁶ d/y，高于KIC 9832227报告的速率。
• 无任何系统表现出高达−8.3×10⁻⁴ d/y的周期衰减速率（V1309 Sco并合前五年观测值），表明样本中无即将发生的并合。
• 在钱德拉银河系银心巡天区域内的32颗双星中均发现X射线对应体，支持存在色球层活跃成分或致密伴星。