[论文解读] The EBLM Project XI. Mass, radius and effective temperature measurements for 23 M-dwarf companions to solar-type stars observed with CHEOPS

M I Swayne, P. F. L. Maxted+20 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2023

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 1

一句话总结

本研究利用CHEOPS光度观测和光谱轨道解算，对23个与类太阳恒星组成的食双星系统中的M型矮星进行了高精度的质量、半径和有效温度测量。研究发现，金属丰度与系统性半径膨胀及有效温度低估相关，挑战了低质量恒星通过补偿性冷却以维持光度的理论假设。

ABSTRACT

Observations of low-mass stars have frequently shown a disagreement between observed stellar radii and radii predicted by theoretical stellar structure models. This ``radius inflation'' problem could have an impact on both stellar and exoplanetary science. We present the final results of our observation programme with the CHEOPS satellite to obtain high-precision light curves of eclipsing binaries with low mass stellar companions (EBLMs). Combined with the spectroscopic orbits of the solar-type companion, we can derive the masses, radii and effective temperatures of 23 M-dwarf stars. We use the PYCHEOPS data analysis software to analyse their primary and secondary occultations. For all but one target, we also perform analyses with TESS light curves for comparison. We have assessed the impact of starspot-induced variation on our derived parameters and account for this in our radius and effective temperature uncertainties using simulated light curves. We observe trends for inflation with both metallicity and orbital separation. We also observe a strong trend in the difference between theoretical and observational effective temperatures with metallicity. There is no such trend with orbital separation. These results are not consistent with the idea that observed inflation in stellar radius combines with lower effective temperature to preserve the luminosity predicted by low-mass stellar models. Our EBLM systems are high-quality and homogeneous measurements that can be used in further studies into radius inflation.

研究动机与目标

• 通过获取食双星系统中M型矮星的精确恒星参数，解决低质量恒星长期存在的'半径膨胀'问题。
• 研究观测到的半径膨胀是否通过更冷的有效温度来补偿，以保持与恒星演化模型预测光度的一致性。
• 评估恒星活动和黑子对光度和光谱参数测量的影响。
• 提供一个均质、高质量的M型矮星参数数据集，用于测试和改进恒星演化模型。

提出的方法

• 利用CHEOPS的高精度光度观测，对23个包含M型矮星伴星的食双星系统中的主星和伴星食食深度进行建模。
• 结合地面望远镜的径向速度测量获得的光谱轨道解，通过开普勒轨道解算确定质量与半径。
• 应用PYCHEOPS软件进行光曲线分析，并通过模拟黑子影响的光曲线来量化系统性不确定度。
• 将CHEOPS结果与TESS光曲线进行对比，以验证一致性并评估长期光度稳定性。
• 利用理论模型将观测参数与预测值进行比较，重点关注金属丰度和轨道分离度是否为偏差的潜在驱动因素。
• 通过模拟光曲线并相应调整半径和温度的不确定度，考虑黑子引起的光度变异性影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 M型矮星的半径膨胀是否与金属丰度或轨道分离度相关？
• RQ2 观测到的半径膨胀是否通过更冷的有效温度来补偿，以维持与恒星演化模型预测光度的一致性？
• RQ3 黑子引起的光度变异性在多大程度上会偏差M型矮星系统的参数推导？
• RQ4 观测到的质量、半径和有效温度测量值与低质量恒星演化模型的预测值相比如何？
• RQ5 观测到的偏差是否可由磁活动或其他非标准物理机制解释？

主要发现

• 发现金属丰度与半径膨胀及有效温度低估之间存在强烈相关性，金属丰度越高，偏差越大。
• 未发现轨道分离度与半径膨胀或温度偏差之间存在显著趋势，表明轨道参数并非主要驱动因素。
• 有效温度偏差随金属丰度增加而增大，表明模型系统性低估了金属丰度较高的M型矮星的有效温度。
• M型矮星的光度并未通过补偿性冷却来维持，因为半径膨胀与更冷T_eff的综合作用无法平衡模型预测。
• 黑子引起的光度变异性显著影响光度解算，本研究通过模拟光曲线并相应调整不确定度量化了其影响。
• 最终获得的23个M型矮星系统的数据集为测试和改进低质量恒星演化模型提供了高精度、均质的基准。