[论文解读] The EBLM Project I-Physical and orbital parameters, including spin-orbit angles, of two low-mass eclipsing binaries on opposite sides of the Brown Dwarf limit

A. H. M. J. Triaud, Leslie Hebb+19 more|Figshare|Aug 24, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 110被引用 51

一句话总结

本文利用地面望远镜的多波段光度观测和径向速度测量，精确测定两个低质量食双星系统——WASP-30b（系外棕矮星）和J1219–39b（95±2 M_Jup，接近恒星-棕矮星边界）——的物理和轨道参数，包括自转-轨道倾角。两个系统均显示其轨道平面与主星赤道平面一致，J1219–39b的观测质量-半径关系与理论质量-半径关系相符，而WASP-30b则位于该关系之上，暗示可能存在半径膨胀或模型局限性。

ABSTRACT

This paper introduces a series of papers aiming to study the dozens of low mass eclipsing binaries (EBLM), with F, G, K primaries, that have been discovered in the course of the WASP survey. Our objects are mostly single-line binaries whose eclipses have been detected by WASP and were initially followed up as potential planetary transit candidates. These have bright primaries, which facilitates spectroscopic observations during transit and allows the study of the spin-orbit distribution of F, G, K+M eclipsing binaries through the Rossiter-McLaughlin effect. Here we report on the spin-orbit angle of WASP-30b, a transiting brown dwarf, and improve its orbital parameters. We also present the mass, radius, spin-orbit angle and orbital parameters of a new eclipsing binary, J1219-39b (1SWAPJ121921.03-395125.6, TYC 7760-484-1), which, with a mass of 95 +/- 2 Mjup, is close to the limit between brown dwarfs and stars. We find that both objects orbit in planes that appear aligned with their primaries' equatorial planes. Neither primaries are synchronous. J1219-39b has a modestly eccentric orbit and is in agreement with the theoretical mass--radius relationship, whereas WASP-30b lies above it.

研究动机与目标

• 表征主星为F、G、K型，伴星为M型矮星或棕矮星的低质量食双星（EBLMs），以填补质量-半径图中0.4 M_⊙以下的空白。
• 通过罗西特-麦克拉乌林效应测量具有凌日棕矮星和低质量恒星系统的自转-轨道倾角。
• 通过将观测到的质量和半径与理论预测进行比较，检验恒星演化模型，特别是接近氢燃烧极限的M型矮星和棕矮星。
• 探究光谱测得的vsini值与罗西特-麦克拉乌林效应测得的vsini值之间的差异，并评估宏观湍流校准的准确性。
• 通过与更高质量双星系统和系外行星系统比较，探讨低质量双星系统的动力学历史与潮汐相互作用。

提出的方法

• 结合南非苏特兰的WASP-South光度观测，以及欧洲南方天文台3.6 m和1.2 m望远镜上CORALIE和HARPS光谱仪的径向速度测量。
• 利用智利拉西拉天文台1.2 m欧罗佩尔望远镜上的EulerCam相机和60 cm机器人TRAPPIST望远镜的光度数据。
• 通过联合光曲线与径向速度曲线建模，推导出质量、半径、轨道参数和系统倾角。
• 应用罗西特-麦克拉乌林效应测量自转-轨道倾角（β），并推断主星的旋转速度（V sin i*）。
• 利用F、G、K型主星的大气与演化模型，推导系统金属丰度并约束恒星参数。
• 将观测到的质量-半径分布与Baraffe等人（2003）的10-Gyr理论演化轨迹进行比较，以评估模型一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 WASP-30b和J1219–39b这两个跨越棕矮星极限的低质量食双星的精确质量、半径和轨道参数是什么？
• RQ2 这些系统的轨道平面是否与主星自转轴对齐，如自转-轨道倾角测量所示？
• RQ3 这些天体的观测质量-半径关系与理论恒星演化模型相比如何？
• RQ4 为何通过宏观湍流校准得到的光谱vsini值与罗西特-麦克拉乌林效应测得的vsini值存在差异？
• RQ5 罗西特-麦克拉乌林效应能否作为可靠工具用于测量低质量双星系统中的恒星自转速度与宏观湍流？

主要发现

• WASP-30b为一颗质量约为63 M_Jup的凌日棕矮星，其自转-轨道倾角与对齐一致（β ≈ 0°），表明轨道共面。
• J1219–39b质量为95±2 M_Jup，位于氢燃烧极限之下，其自转-轨道倾角也与对齐一致。
• J1219–39b的质量-半径关系与10-Gyr理论演化轨迹高度一致，支持理论模型预测。
• WASP-30b的观测半径位于理论质量-半径关系之上，提示可能存在半径膨胀或模型缺陷。
• 光谱测得的vsini值与罗西特-麦克拉乌林效应测得的vsini值之间存在差异，表明宏观湍流校准可能存在系统性高估。
• 系统未达到同步状态，J1219–39b具有适度偏心率（e ≈ 0.05），与潮汐演化模型一致。