[论文解读] The EBLM Project VI. The mass and radius of five low-mass stars in F+M binaries discovered by the WASP survey

Samuel Gill, P. F. L. Maxted+31 more|Edinburgh Research Explorer|Apr 29, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 104被引用 9

一句话总结

本研究利用WASP巡天发现的F+M双星食双星系统，通过同时建模径向速度和光度曲线，测量了五颗低质量M型恒星的质量和半径。研究发现恒星膨胀的证据极少，但强调了边界暗化定律、第三星光污染以及恒星演化模型参数（如对流长度因子和氦丰度）的不确定性，可能在M型恒星质量与半径估计中引入高达5–8%的系统性误差。

ABSTRACT

Some M-dwarfs around F-/G-type stars have been measured to be hotter and larger than predicted by stellar evolution models. Inconsistencies between observations and models need addressing with more mass, radius and luminosity measurements of low-mass stars to test and refine evolutionary models. Our aim is to measure the masses, radii and ages of the stars in five low-mass eclipsing binary systems discovered by the WASP survey. We use WASP photometry to establish eclipse-time ephemerides and to obtain initial estimates for the transit depth and width. Radial velocity measurements were simultaneously fitted with follow-up photometry to find the best-fitting orbital solution. This solution was combined with measurements of atmospheric parameters to interpolate evolutionary models and estimate the mass of the primary star, and the mass and radius of the M-dwarf companion. We assess how the best fitting orbital solution changes if an alternative limb-darkening law is used and quantify the systematic effects of unresolved companions. We also gauge how the best-fitting evolutionary model changes if different values are used for the mixing length parameter and helium enhancement. We report the mass and radius of five M-dwarfs and find little evidence of inflation with respect to evolutionary models. The primary stars in two systems are near the ``blue hook'' stage of their post sequence evolution, resulting in two possible solutions for mass and age. We find that choices in helium enhancement and mixing-length parameter can introduce an additional 3-5\,\% uncertainty in measured M-dwarf mass. Unresolved companions can introduce an additional 3-8\% uncertainty in the radius of an M-dwarf, while the choice of limb-darkening law can introduce up to an additional 2\% uncertainty.

研究动机与目标

• 测量WASP巡天发现的五个F+M食双星系统中低质量M型恒星的精确质量、半径和年龄。
• 评估边界暗化定律、第三星光污染以及恒星演化模型参数选择所引起的恒星参数系统性不确定性的来源。
• 检验观测到的M型恒星是否相对于理论模型存在膨胀，特别是在低质量恒星演化已知差异的背景下。
• 评估未 resolved 双星伴星和轨道解算方法对系统物理参数推导的影响。
• 为M型恒星性质提供高精度约束，以完善和验证恒星演化模型。

提出的方法

• 通过同时拟合径向速度曲线和后续光度曲线，为每个食双星系统推导最佳轨道解。
• 采用Claret四参数边界暗化定律，并利用ldtk工具生成的理论系数，与二次边界暗化定律进行比较，以评估边界暗化敏感性。
• 通过eblmmass代码应用演化模型插值法，利用大气参数（Teff, [Fe/H], log g）估算质量、半径和年龄。
• 系统性地改变关键模型参数——对流长度因子（αMLT）和氦增强量（ΔY），以量化其对推导恒星参数的影响。
• 引入红噪声模型（Matern-3/2核函数）以考虑后续光度测量中的相关噪声，特别是在J2308−46等系统中。
• 通过模拟未 resolved 伴星贡献10%的光通量，评估第三星光污染对半径测量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在F+M双星系统中，M型恒星伴星的测量半径在多大程度上与标准恒星演化模型的预测一致？
• RQ2 边界暗化定律的不确定性在多大程度上影响双星组分的半径和质量推导？
• RQ3 第三星光污染（例如未分辨的伴星）对M型恒星半径测量精度有何影响？
• RQ4 恒星模型中对流长度因子（αMLT）和氦丰度（ΔY）的变化如何影响M型恒星伴星的质量和年龄推导？
• RQ5 观测到的M型恒星是否表现出相对于理论模型的膨胀或收缩？这些结论在模型和测量不确定性下有多稳健？

主要发现

• 五个系统中M型恒星伴星的半径显示几乎没有膨胀的证据；其中两个系统（J2308−46 和 J1847+39）分别在2σ 和 1.5σ 显著性水平下显示出收缩迹象。
• J0218−31 在1σ范围内与模型一致，尽管中等程度的证据表明可能存在收缩。
• J2349−32 显示1σ半径膨胀，而J1436−13 的影响参数较高，导致膨胀评估结果不明确。
• 边界暗化定律的选择可为M型恒星半径测量引入高达2%的额外不确定性。
• 未分辨伴星引起的第三星光污染可使推导的M型恒星半径增加3–8%，凸显了光通量去卷积的必要性。
• 对流长度因子（αMLT）和氦增强量（ΔY）的不确定性可为M型恒星质量估计引入高达3–5%的额外不确定性。