[论文解读] Spot and Facula Activity Variations of the Eccentric Detached Eclipsing Binary KIC 8098300 Based on the Time-series Orbital Solutions

Hubiao Niu, Jian-Ning Fu+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用 5

一句话总结

本研究结合LAMOST径向速度测量与开普勒光度观测，对偏心双星KIC 8098300中的黑子与亮斑活动进行建模。通过谱线反卷积与PHOEBE光曲线建模，精确测定了轨道与恒星参数，发现其活动比大多数同类温度的单星主序星更持久但更微弱，存在较差自转的证据，并可能正处于黑子主导与亮斑主导活动模式之间的过渡阶段。

ABSTRACT

The LAMOST spectra and $\it{Kepler}$ light curves are combined to investigate the detached eclipsing binary KIC 8098300, which shows the O'Connell effect caused by spot/facula modulation. The radial velocity (RV) measurements are derived by using the tomographic spectra disentangling technology. The mass ratio $q = K_1/K_2 = 0.812 \pm 0.007$, and the orbital semi-major axis $a\mathrm{\sin}i = 14.984 \pm 0.048\ R_\odot$ are obtained by fitting the RV curves. We optimize the binary model concerning the spot/facula activity with the code PHOEBE and obtain precise parameters of the orbit including the eccentricity $e=0.0217 \pm 0.0008$, the inclination $i=87.71\pm 0.04^\circ$, and the angle of periastron $\omega=284.1\pm 0.5^\circ$. The masses and radii of the primary and secondary star are determined as $M_1=1.3467 \pm 0.0001\ M_\odot$, $R_1=1.569 \pm 0.003\ R_\odot$, and $M_2=1.0940 \pm 0.0001\ M_\odot$, $R_2=1.078 \pm 0.002\ R_\odot$, respectively. The ratio of temperatures of the two component stars is $r_{teff}=0.924 \pm 0.001$. We also obtain the periastron precession speed of $0.000024\pm 0.000001\ \mathrm{d}\ cycle^{-1}$. The residuals of out-of-eclipse are analyzed using the Auto-Correlation Function (ACF) and the Discrete Fourier Transform (DFT). The spot/facula activity is relatively weaker, but the lifetime is longer than that of most single main sequence stars in the same temperature range. The average rotation period of the spots $P_{rot}=4.32\ d$ is slightly longer than the orbital period, which may be caused by either the migration of spots/faculae along the longitude or the latitudinal differential rotation. The activity may be spot-dominated for the secondary star and facula-dominated for the primary star.

研究动机与目标

• 利用多 epoch 光谱与光度数据，研究偏心双星KIC 8098300中的黑子与亮斑活动。
• 通过时序轨道解拟合，精确测定轨道与恒星参数。
• 将该双星的活动行为与同温度范围内的单星主序星进行比较。
• 探讨双星系统中活动区寿命、自转周期与经向迁移的性质。
• 评估该系统是否如先前对类太阳恒星的研究所示，正经历从黑子主导到亮斑主导活动的过渡。

提出的方法

• 对LAMOST时序光谱应用谱线反卷积技术，以获得KIC 8098300双星两子星的径向速度。
• 对径向速度曲线进行拟合，确定质量比（q = 0.812 ± 0.007）与半振幅（asini = 14.984 ± 0.048 R⊙）。
• 使用PHOEBE代码对开普勒光曲线进行建模，引入黑子与亮斑特征，优化轨道参数，包括偏心率（e = 0.0217 ± 0.0008）、倾角（i = 87.71 ± 0.04°）与近日点经度（ω = 284.1 ± 0.5°）。
• 采用Scipy的曲线拟合方法逐周期进行光曲线建模，最终参数在264个周期中取平均。
• 通过自相关函数（ACF）与离散傅里叶变换（DFT）分析掩食外光曲线的残差，估算活动区寿命与自转周期。
• 将活动行为与Giles等（2017）研究中1774颗单星主序星样本进行比较，评估相对活动强度与持续时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 偏心双星KIC 8098300的精确轨道与恒星参数（包括质量、半径与温度比）为何？
• RQ2 KIC 8098300中的黑子/亮斑活动在强度与寿命上与同温度范围的单星主序星相比如何？
• RQ3 该双星系统的活动是由黑子还是亮斑主导？是否正经历两种模式之间的过渡？
• RQ4 活动区的自转周期是多少？为何其与轨道周期不同？
• RQ5 两颗恒星的活动区是否存在经向迁移或较差自转的证据？

主要发现

• 主星质量为1.3467 ± 0.0001 M⊙，半径为1.569 ± 0.003 R⊙；次星质量为M2 = 1.0940 ± 0.0001 M⊙，半径为R2 = 1.078 ± 0.002 R⊙。
• 温度比为rteff = 0.924 ± 0.001，得出次星有效温度为Teff2 = 5936 ± 25 K。
• 轨道偏心率为e = 0.0217 ± 0.0008，倾角i = 87.71 ± 0.04°，近日点经度ω = 284.1 ± 0.5°。
• 近日点进动速率为0.000024 ± 0.000001 d⁻¹，表明轨道演化可能由潮汐或磁力效应引起。
• 活动区平均自转周期为Prot = 4.32 d，略长于轨道周期（4.3059177 d），提示可能存在经向迁移或纬向较差自转。
• KIC 8098300中的黑子/亮斑活动强度弱于同温度范围内大多数单星主序星（均方根更低），但活动区寿命更长，系统可能正处于黑子主导与亮斑主导活动之间的过渡阶段。