[论文解读] The orbits of subdwarf-B + main-sequence binaries. II. Three eccentric systems; BD+29 3070, BD +34 1543 and Feige 87

J. Vos, R. H. Østensen+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 67被引用 37

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱和光度测量，确定了三个长周期次矮B型星与主序星双星系统——BD+29 3070、BD+34 1543 和 Feige 87 的轨道和大气参数。研究发现其轨道偏心率显著（e ≈ 0.11–0.16），周期为 936–1283 天，挑战了当前稳定洛希瓣溢出模型的预测，该模型认为此类系统应具有圆形轨道。

ABSTRACT

The predicted orbital-period distribution of the subdwarf-B (sdB) population is bi-modal with a peak at short (< 10 days) and long (> 250 days) periods. Observationally, many short-period sdB systems are known, but the predicted long period peak is missing as orbits have only been determined for a few long-period systems. As these predictions are based on poorly understood binary-interaction processes, it is of prime importance to confront the predictions with reliable observational data. We therefore initiated a monitoring program to find and characterize long-period sdB stars. In this paper we aim to determine the orbital parameters of the three long-period sdB+MS binaries BD+29 3070, BD+34 1543 and Feige 87, to constrain their absolute dimensions and the physical parameters of the components. High-resolution spectroscopic time series were obtained with HERMES at the Mercator telescope on La Palma, and analyzed to determine the radial velocities of both the sdB and MS components. Photometry from the literature was used to construct the spectral-energy distribution (SED) of the binaries. Atmosphere models were used to fit these SEDs and to determine the surface gravities and temperatures of both components of all systems. Spectral analysis was used to check the results of the SEDs. An orbital period of 1283 +- 63 d, a mass ratio of q = 0.39 +- 0.04 and a significant non-zero eccentricity of e = 0.15 +- 0.01 were found for BD+29 3070. For BD+34 1543 we determined P = 972 +- 2 d, q = 0.57 +- 0.01 and again a clear non-zero eccentricity of e = 0.16 +- 0.01. Last, for Feige 87 we found P = 936 +- 2 d, q = 0.55 +- 0.01 and e = 0.11 +- 0.01. BD+29 3070, BD+34 1543 and Feige 87 are long period sdB + MS binaries on clearly eccentric orbits. These results are in conflict with the predictions of stable Roche-lobe overflow models.

研究动机与目标

• 确定长周期次矮B型星与主序星双星的轨道元素和物理参数，尽管理论预测此类系统存在，但观测中极为稀少。
• 检验双星演化模型的预测，特别是稳定洛希瓣溢出（RLOF）模型，该模型预测长周期系统应具有圆形轨道。
• 评估大气层 RLOF 和金属丰度效应在将轨道周期延长至 1000 天以上中的作用。
• 通过多方法天体物理分析，约束双星各组分的质量、温度、重力加速度和质量比。
• 评估观测结果与更新后的双星群体合成模型的一致性，特别是那些引入增强角动量损失和大气层 RLOF 的模型。

提出的方法

• 利用位于拉帕尔玛的马克托雷望远镜上的 HERMES 光谱仪获取高分辨率光谱时间序列。
• 通过互相关和光谱分解技术测量次矮B型星和主序星组分的视向速度。
• 利用文献中的光度数据构建谱能分布（SED），并使用大气模型拟合以推导有效温度和表面重力。
• 通过分解光谱中的谱线（如铁线）和引力红移测量，验证 SED 推导出的参数。
• 通过将视向速度曲线进行开普勒拟合，确定轨道解，包括偏心率和质量比约束。
• 将结果与双星群体合成模型（特别是 Chen et al. (2013) 的模型）进行比较，以评估其与预测的周期–金属丰度关系的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 长周期次矮B型星与主序星双星是否表现出与稳定洛希瓣溢出模型预测不一致的轨道偏心率？
• RQ2 观测到的轨道周期（936–1283 天）在多大程度上与包含大气层 RLOF 的更新后双星群体合成模型预测一致？
• RQ3 通过多种独立方法（SED、谱线、引力红移）推导出的大气参数（Teff, log g, 质量比）之间有何差异？
• RQ4 观测到的周期–金属丰度趋势是否与理论模型一致？即使在低金属丰度下，是否仍需引入大气层 RLOF？
• RQ5 当前的双星演化通道能否解释长周期系统中偏心轨道的存在，还是需要新的机制（如偏心率激发）？

主要发现

• BD+29 3070 的轨道周期为 1283 ± 63 天，质量比为 0.39 ± 0.04，偏心率为 0.15 ± 0.01。
• BD+34 1543 的轨道周期为 972 ± 2 天，质量比为 0.57 ± 0.01，偏心率为 0.16 ± 0.01。
• Feige 87 的轨道周期为 936 ± 2 天，质量比为 0.55 ± 0.01，偏心率为 0.11 ± 0.01。
• 所有三个系统均表现出显著的轨道偏心率，与稳定洛希瓣溢出模型预测的圆形轨道相矛盾。
• 即使考虑金属丰度效应，观测到的周期仍超过 Chen et al. (2013) 模型的预测，表明在所有金属丰度下均需引入大气层 RLOF。
• 通过 SED 拟合、谱线分析和引力红移推导出的大气参数在不确定度范围内一致，证实了结果的稳健性。