[论文解读] Spectroscopic binaries among Hipparcos M giants I. Data, orbits, and intrinsic variations

Benoît Famaey, D. Pourbaix+5 more|Jan 7, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 52被引用 17

一句话总结

本研究基于奥赛天文台（OHP）的径向速度数据，为赫罗图中的M型巨星（M giants）提供了12个新的光谱双星轨道，显著扩展了已知M型巨星双星样本。研究识别出由脉动引起的本征径向速度变化是主要干扰因素，导致部分情况下出现伪轨道解，同时证实样本中大多数发出X射线的M型巨星为双星系统，为未来对晚型星双星频率和轨道参数的统计分析提供了更丰富的数据集。

ABSTRACT

This paper is a follow-up of the vast effort to collect radial velocity data for stars belonging to the Hipparcos survey. We aim at extending the orbital data available for binaries with M giant primaries. The data will be used in the companion papers of this series to (i) derive the binary frequency among M giants and compare it to that of K giants (Paper II), and (ii) analyse the eccentricity-period diagram and the mass-function distribution (Paper III). Keplerian solutions are fitted to radial-velocity data. However, for several stars, no satisfactory solution could be found, despite the fact that the radial-velocity standard deviation is larger than the instrumental error, because M giants suffer from intrinsic radial-velocity variations due to pulsations. We show that these intrinsic radial-velocity variations can be linked with both the average spectral-line width and the photometric variability. We present an extensive collection of spectroscopic orbits for M giants, with 12 new orbits, plus 17 from the literature. Moreover, to illustrate the fact that the large radial-velocity jitter present in Mira and semi-regular variables may easily be confused with orbital variations, we also present examples of pseudo-orbital variations (in S UMa, X Cnc and possibly in HD 115521, a former IAU radial-velocity standard). Because of this difficulty, M giants involving Mira variables were excluded from our monitored sample. We finally show that the majority of M giants detected as X-ray sources are actually binaries.

研究动机与目标

• 扩展现有星表中M型巨星主星的轨道元素数据库，这些天体在现有目录中代表性不足。
• 解决M型巨星因脉动引起的本征径向速度变化带来的挑战，此类变化可能模拟轨道运动，从而干扰双星探测。
• 为后续分析M型巨星与K型巨星的双星频率（论文II）及偏心率-周期图（论文III）提供可靠数据集。
• 区分真实轨道解与由Mira型和半周期变星的光变与光谱变异性引起的伪轨道变化。
• 确认发出X射线的M型巨星的双星性质，其中许多此前因观测混淆而未被识别为双星。

提出的方法

• 利用奥赛天文台（OHP）的CORAVEL和ELODIE光谱速度计测量的径向速度数据，拟合开普勒轨道解。
• 从HIPPARCOS星表中汇编径向速度测量值，并根据光谱型和绝对星等将目标与M型巨星进行交叉匹配。
• 通过将径向速度散差与谱线宽度及光变性相关联，分析本征速度变化，识别出脉动引起的抖动为关键干扰因素。
• 在S UMa、X Cnc和HD 115521等系统中识别并仔细审查伪轨道解，这些系统的变异性模拟了轨道运动。
• 结合本研究与先前研究（如Reimers et al. 1988）的数据，对轨道解进行优化，例如HD 108907（4 Dra）的轨道解。
• 通过比较径向速度残差与仪器误差的统计分布，区分真实轨道运动与恒星本征变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 M型巨星中光谱双星的真实频率是多少？与K型巨星相比如何？
• RQ2 M型巨星的脉动变化在多大程度上会模拟轨道径向速度信号？如何加以区分？
• RQ3 M型巨星中观测到的径向速度抖动的本质是什么？其与光变和光谱变异性有何关联？
• RQ4 样本中发出X射线的M型巨星中有多少实际上是双星？这对它们的演化状态有何启示？
• RQ5 尽管存在高本征速度噪声，是否仍能为M型巨星可靠地推导轨道元素？当前探测方法存在哪些局限？

主要发现

• 本研究为M型巨星提供了12个新的光谱双星轨道，显著增加了已知具有可靠轨道元素的系统数量。
• 从文献中汇编了另外17个轨道元素，获得1个初步轨道解，其偏心率和周期为近似值。
• 发现由脉动引起的本征径向速度变化与平均谱线宽度及光变性存在强烈相关性，解释了误报轨道检测的原因。
• S UMa、X Cnc和HD 115521等系统因脉动引起的抖动而表现出伪轨道变化，导致轨道解存在歧义。
• 样本中被探测为X射线源的M型巨星绝大多数被确认为双星，表明X射线发射与双星相互作用之间存在强关联。
• 对于HD 108907（4 Dra），综合多个天文台的径向速度数据，获得了优化的轨道解，残差抖动为0.6 km s⁻¹，与风吸积白矮星伴星的模型一致。