[论文解读] The EBLM project. II. A very hot, low-mass M dwarf in an eccentric and long period eclipsing binary system from SuperWASP

Y. Gómez Maqueo Chew, J. C. Morales+17 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 24

一句话总结

本文报告了EBLM项目中首个完全分析的食双星系统J0113+31，该系统由一颗金属含量低、年龄大的类太阳恒星和一颗低质量M型矮星组成。尽管其质量和半径与恒星模型一致，但M型矮星的有效温度（3922 ± 42 K）比理论预测高出约600 K，对当前理论模型构成挑战，并凸显了在系外行星宿主恒星表征中，对金属含量相关的M型矮星性质进行实证约束的必要性。

ABSTRACT

In this paper, we derive the fundamental properties of 1SWASPJ011351.29+314909.7 (J0113+31), a metal-poor (-0.40 +/- 0.04 dex), eclipsing binary in an eccentric orbit (~0.3) with an orbital period of ~14.277 d. Eclipsing M dwarfs orbiting solar-type stars (EBLMs), like J0113+31, have been identified from WASP light curves and follow-up spectroscopy in the course of the transiting planet search. We present the first binary of the EBLM sample to be fully analysed, and thus, define here the methodology. The primary component with a mass of 0.945 +/- 0.045 Msun has a large radius (1.378 +/- 0.058 Rsun) indicating that the system is quite old, ~9.5 Gyr. The M-dwarf secondary mass of 0.186 +/- 0.010 Msun and radius of 0.209 +/- 0.011 Rsun are fully consistent with stellar evolutionary models. However, from the near-infrared secondary eclipse light curve, the M dwarf is found to have an effective temperature of 3922 +/- 42 K, which is ~600 K hotter than predicted by theoretical models. We discuss different scenarios to explain this temperature discrepancy. The case of J0113+31 for which we can measure mass, radius, temperature and metallicity, highlights the importance of deriving mass, radius and temperature as a function of metallicity for M dwarfs to better understand the lowest mass stars. The EBLM Project will define the relationship between mass, radius, temperature and metallicity for M dwarfs providing important empirical constraints at the bottom of the main sequence.

研究动机与目标

• 表征J0113+31这一新发现的食双星系统（来自SuperWASP光变曲线）的基本属性，以检验低质量M型矮星的恒星演化模型。
• 解决观测到的M型矮星有效温度与理论模型预测之间的差异。
• 建立一种精确测量食双星中低质量恒星的质量、半径、温度和金属量的方法，以供未来系外行星宿主恒星研究之用。
• 改善对主序星底部M型矮星的质量-半径-温度-金属量关系的实证约束。

提出的方法

• 利用SuperWASP巡天的光变曲线检测并表征食双星系统J0113+31。
• 利用地面望远镜（如Hobby–Eberly望远镜、NOT、KPNO）的径向速度测量确定轨道参数和组分质量。
• 利用FLAMINGOS及其他仪器的近红外二次食深度推导M型矮星的有效温度。
• 应用恒星大气模型（PHOENIX）和演化模型（如Dotter et al. 2008），解释观测属性，包括α元素丰度的差异和金属量变化。
• 通过测试大气模型处理方式、主星表征和未 resolved 双星伴星的潜在污染，评估系统性不确定性。
• 分析中包括将观测到的食深度与黑体辐射和模型大气预测进行比较，以评估温度的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何J0113+31中低质量M型矮星的有效温度显著高于恒星演化模型的预测？
• RQ2 模型大气的不确定性、主星表征误差或未 resolved 双星伴星在多大程度上可解释观测到的温度偏差？
• RQ3 潮汐加热、磁活动或吸积等物理机制是否可解释M型矮星中观测到的温度过剩？
• RQ4 金属量在低质量恒星的质量-半径-温度关系中起何作用，它在观测偏差中扮演何种角色？
• RQ5 EBLM项目的方法能否为系外行星宿主恒星表征提供稳健的M型矮星性质实证约束？

主要发现

• J0113+31中M型矮星的观测有效温度为3922 ± 42 K，比理论恒星演化模型预测高出约600 K。
• 该M型矮星的质量（0.186 ± 0.010 M⊙）和半径（0.209 ± 0.011 R⊙）与演化模型一致，表明偏差仅存在于温度测定。
• 即使考虑大气模型的不确定性，包括极端α元素增强（最高达+1.2 dex），也无法调和观测与预测的食深度差异，温度过剩依然存在。
• 该系统年龄约为9.5 Gyr，金属含量贫乏（[Fe/H] = -0.40 ± 0.04 dex），由主星半径较大及其光谱特性表明。
• 主星质量为0.945 ± 0.045 M⊙，半径为1.378 ± 0.058 R⊙，与一颗古老、金属含量低且已演化的类太阳恒星一致。
• 轨道偏心率约为0.3，周期约为14.277天，表明这是一个长周期、偏心的食双星系统，极为罕见，对检验恒星模型具有重要价值。