[论文解读] The 0.4-Mo Eclipsing Binary CU Cancri: Absolute Dimensions, Comparison with Evolutionary Models and Possible Evidence for a Circumstellar Dust Disk

I. Ribas|ArXiv.org|Nov 5, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用 78

一句话总结

本研究利用新的R波段和I波段测光数据结合光谱数据，对质量为0.4-M☉的食双星CU Cancri进行了高精度绝对参数测定，发现恒星演化模型系统性地低估了低质量恒星的半径，最大达10%。该差异可能源于更冷的有效温度或周围尘埃吸收，为这一年轻M型双星周围存在共面尘埃盘提供了可能的间接证据。

ABSTRACT

Photometric observations in the R and I bands of the detached M-type double-lined eclipsing binary CU Cnc have been acquired and analysed. The photometric elements obtained from the analysis of the light curves have been combined with an existing spectroscopic solution to yield high-precision (errors<2%) absolute dimensions: M_A=0.4333+/-0.0017 Mo, M_B=0.3980+/-0.0014 Mo, R_A=0.4317+/-0.0052 Ro, and R_B=0.3908+/-0.0094 Ro. The mean effective temperature of the system has been estimated to be Teff=3140+/-150 K by comparing multi-band photometry with synthetic colors computed from model atmospheres. Additionally, we have been able to obtain an estimate for the age (~320 Myr) and chemical composition ([Fe/H]~0.0) of the binary system through its membership of the Castor moving group. With all these observational constraints, we have carried out a critical test of recent stellar models for low-mass stars. The comparison reveals that most evolutionary models underestimate the radius of the stars by as much as 10%, thus confirming the trend observed by Torres & Ribas (2002) for YY Gem and V818 Tau. In the mass-absolute magnitude diagram, CU Cnc is observed to be dimmer than other stars of the same mass. After ruling out a number of different scenarios, the apparent faintness of CU Cnc can be explained if its components are some 10% cooler than similar-mass stars or if there is some source of circumstellar dust absorption. The latter could be a tantalizing indirect evidence for a coplanar (Vega-like) dusty disk around this relatively young M-type binary.

研究动机与目标

• 利用高精度测光与光谱数据，精确测定低质量食双星CU Cancri的绝对参数（质量、半径、温度）。
• 通过一个约束良好的双星系统，检验当前低质量恒星演化模型的性能。
• 探究观测到的低质量恒星光度与温度与理论预测之间差异的原因。
• 评估周围尘埃吸收是否可作为解释该系统在V波段变暗的原因。
• 评估对主序低质量星年龄测定的影响，并探讨是否需要对演化模型进行修正。

提出的方法

• 使用四所学院0.8米APT望远镜获取高精度R波段和I波段差分测光，以HD 72093为参考星，HD 72358为校验星，以最小化变异性影响。
• 将测光光变曲线与已有光谱轨道解结合，以低于2%的不确定度推导出高精度的质量与半径。
• 通过将多波段测光（光学与红外）与先进模型大气的合成色指数对比，估算平均有效温度（3140 ± 150 K）。
• 利用其在大熊座运动群中的成员身份，将系统年龄（约320 Myr）和金属量（[Fe/H] ≈ 0.0）进行约束。
• 将实测物理参数与多种恒星演化模型（包括Baraffe et al. (BCA98)、Siess et al. (SFD97) 和 Swenson et al. (SFR94)）的预测进行比较。
• 评估V波段与K波段观测变暗的多种可能解释，包括恒星活动、距离误差、年龄和化学成分，最终排除这些因素，倾向于认为温度更冷或存在周围尘埃吸收。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何当前低质量恒星演化模型系统性地低估了像CU Cancri中M型星的半径？
• RQ2 为何CU Cancri的光度与质量-绝对星等图中相似质量恒星之间存在显著差异？
• RQ3 周围尘埃吸收是否可解释该系统在V波段的变暗及其光谱能量分布的红化现象？
• RQ4 是否存在观测证据表明年轻M型双星CU Cancri周围存在共面、类似织女星的尘埃盘？
• RQ5 CU Cancri的实测质量与半径如何约束当前低质量恒星演化模型的准确性？

主要发现

• 两颗恒星的绝对质量被高精度测定：M_A = 0.4333 ± 0.0017 M☉ 和 M_B = 0.3980 ± 0.0014 M☉。
• 半径测定结果为 R_A = 0.4317 ± 0.0052 R☉ 和 R_B = 0.3908 ± 0.0094 R☉，误差低于2%。
• 基于多波段测光与模型大气的合成色指数，估算出平均有效温度为 3140 ± 150 K。
• 恒星演化模型，特别是 Baraffe et al. (BCA98) 和 Siess et al. (SFD97)，预测的半径比实测值小最多10%，证实了低质量恒星中已知的趋势。
• CU Cancri在V波段比同质量恒星暗1.4等，在K波段暗0.35等，表明存在显著的光度差异。
• 最合理的解释是恒星比预期温度低约10%，或存在周围尘埃吸收，后者为共面尘埃盘的存在提供了诱人的间接证据。