[论文解读] The EBLM Project

Alexander von Boetticher, A. H. M. J. Triaud+29 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用 1

一句话总结

本研究利用地面望远镜的光变曲线和径向速度数据，以及CORALIE光谱仪的数据，测量了十颗完全对流的极低质量恒星（M⋆ ≲ 0.35 M⊙）在食双星系统中的质量、半径和表面重力。结果与恒星演化模型高度一致，半径相对于预测值仅存在1.6 ± 1.2%的系统性膨胀，且发现半径与宿主恒星金属量存在相关性，但与轨道周期无相关性。

ABSTRACT

Measurements of the physical properties of stars at the lower end of the main sequence are scarce. In this context we report masses, radii and surface gravities of ten very-low-mass stars in eclipsing binary systems, with orbital periods of the order of several days. The objects probe the stellar mass-radius relation in the fully convective regime, $M_\star \lesssim 0.35$ M$_\odot$, down to the hydrogen burning mass-limit, $M_{\mathrm{HB}} \sim 0.07$ M$_\odot$. The stars were detected by the WASP survey for transiting extra-solar planets, as low-mass, eclipsing companions orbiting more massive, F- and G-type host stars. We use eclipse observations of the host stars (TRAPPIST, Leonhard Euler, SPECULOOS telescopes), and radial velocities of the host stars (CORALIE spectrograph), to determine physical properties of the low-mass companions. Companion surface gravities are derived from the eclipse and orbital parameters of each system. Spectroscopic measurements of the host star effective temperature and metallicity are used to infer the host star mass and age from stellar evolution models. Masses and radii of the low-mass companions are then derived from the eclipse and orbital parameters of each system. The objects are compared to stellar evolution models for low-mass stars, to test for an effect of the stellar metallicity and orbital period on the radius of low-mass stars in close binary systems. Measurements are in good agreement with stellar models; an inflation of the radii of low-mass stars with respect to model predictions is limited to 1.6 $\pm$ 1.2% in the fully convective regime. The sample of ten objects indicates a scaling of the radius of low-mass stars with the host star metallicity. No correlation between stellar radii and orbital periods of the binary systems is determined. A combined analysis with comparable objects from the literature is consistent with this result.

研究动机与目标

• 测量完全对流的食双星系统中极低质量恒星（M⋆ ≲ 0.35 M⊙）的精确质量、半径和表面重力。
• 检验恒星演化模型在接近氢燃烧极限（MHB ≈ 0.07 M⊙）的完全对流区域的准确性。
• 研究宿主恒星金属量和轨道周期对近距离双星系统中低质量恒星半径的影响。
• 评估低质量恒星半径的实测值与模型预测值之间的系统性偏差。

提出的方法

• 利用TRAPPIST、莱昂哈德·欧拉和SPECULOOS望远镜的食双星光变曲线，推导每个双星系统的轨道和食掩参数。
• 通过CORALIE光谱仪获取主星的径向速度测量，以确定轨道元素和宿主恒星质量。
• 将太阳型恒星的恒星演化模型拟合到光谱约束（有效温度和金属量）上，以推断宿主恒星的质量和年龄。
• 利用开普勒定律和边缘暗化模型，结合食深度、持续时间及轨道参数，推导低质量伴星的质量和半径。
• 不依赖宿主恒星质量，仅通过食掩和轨道参数计算伴星的表面重力。
• 采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样生成质量、半径和表面重力的后验分布，并使用核密度估计进行可视化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在完全对流区域，极低质量恒星在食双星系统中的实测参数与恒星演化模型预测值之间的偏差程度如何？
• RQ2 近距离双星系统中低质量恒星的半径是否与宿主恒星的金属量相关？
• RQ3 双星系统的轨道周期是否对恒星半径有可测量的影响？
• RQ4 这些恒星的物理参数与Gaia DR2的测光和视差测量结果相比如何？

主要发现

• 在完全对流区域，极低质量恒星的半径仅比恒星演化模型预测值大1.6 ± 1.2%。
• 发现低质量恒星半径与宿主恒星金属量之间存在显著相关性，表明半径存在金属量依赖性。
• 在所研究的十个系统中，未发现恒星半径与轨道周期之间存在统计显著相关性。
• 对10个新系统和13个文献中系统的综合分析证实了轨道周期无依赖性，并支持金属量-半径相关性。
• Gaia DR2的测光和天体测量估计值与推导出的半径和温度结果总体一致，但对天体测量拟合较差的系统（GOFAL > 8）存在偏差。
• 伴星表面重力的测量结果稳健且不依赖宿主恒星质量，MCMC后验分布显示伴星质量与log g之间无相关性。