[论文解读] The PHASES Differential Astrometry Data Archive. II. Updated Binary Star Orbits and a Long Period Eclipsing Binary

Matthew W. Muterspaugh, William I. Hartkopf+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 46被引用 244

一句话总结

本文结合PHASES计划的高精度差分天体测量数据与历史天体测量和径向速度数据，对20颗双星的轨道解进行了优化，其中包括一颗长周期食双星α Com（HD 114378），其下一次食预计出现在2015年1月24日左右。改进后的轨道解可精确测定双星分量质量和系统距离，为未来天体测量任务提供校准标准。

ABSTRACT

Differential astrometry measurements from the Palomar High-precision Astrometric Search for Exoplanet Systems have been combined with lower precision single-aperture measurements covering a much longer timespan (from eyepiece measurements, speckle interferometry, and adaptive optics) to determine improved visual orbits for 20 binary stars. In some cases, radial velocity observations exist to constrain the full three-dimensional orbit and determine component masses. The visual orbit of one of these binaries---alpha Com (HD 114378)---shows that the system is likely to have eclipses, despite its very long period of 26 years. The next eclipse is predicted to be within a week of 2015 January 24.

研究动机与目标

• 利用PHASES计划的高精度差分天体测量数据，提高长周期双星视觉轨道的精度。
• 将PHASES数据与历史天体测量数据（目视观测、斑点干涉、自适应光学）及径向速度数据结合，确定完整的三维轨道解。
• 在有径向速度数据的情况下，确定分量质量和系统距离。
• 识别并表征一个具有预测食变窗口的长周期食双星系统。
• 为未来高精度天体测量任务（如Gaia和J-MAPS）提供高精度轨道解作为校准标准。

提出的方法

• 2002至2008年间，利用帕洛玛测试平台干涉仪（PTI）在J、H和K波段获取了35 µas精度的高精度差分天体测量数据。
• 基于残差离散度和卡方减少值，对华盛顿双星（WDS）星表中的历史天体测量数据进行迭代加权处理。
• 将开普勒轨道模型拟合至结合PHASES与非PHASES天体测量数据，通过迭代调整单位误差，使单位加权均方根偏差达到最优。
• 在有径向速度数据的情况下，整合CORAVEL和TSU AST数据，以推导完整的三维轨道及分量质量。
• 在轨道拟合中引入三角视差（S99）作为额外约束，以提高距离和质量测定的精度。
• 若残差超过3σ，则迭代标记并剔除异常测量值，以确保最终轨道解的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 结合PHASES与历史天体测量数据，20颗长周期双星的优化视觉轨道与三维轨道元素为何？
• RQ2 长周期双星α Com（HD 114378）是否可被确认为食双星？其下一次食的预测时间为何？
• RQ3 基于联合天体测量与径向速度数据，所确定的分量质量与系统距离是多少？
• RQ4 与先前解相比，PHASES提供的优化轨道解在精度上有哪些提升？
• RQ5 这些系统在多大程度上可作为未来天体测量任务（如Gaia或J-MAPS）的校准标准？

主要发现

• α Com（HD 114378）的视觉轨道证实其为长周期食双星，预测下一次食发生在2015年1月24日左右的一周内。
• 对于HD 137107，联合天体测量与径向速度解得分量质量分别为1.243 ± 0.054 M⊙与1.100 ± 0.039 M⊙，系统距离为18.50 ± 0.22 pc。
• HD 214850的轨道解给出分量质量的不确定度水平为7%，其视差29.5 ± 0.8 mas与轨道解一致。
• HD 137107的优化轨道包含K波段差分星等∆Kp = 0.185 ± 0.001，以及绝对星等K1 = 3.04 ± 0.22与K2 = 3.23 ± 0.22。
• 本研究为20颗双星提供了高精度轨道解，显著优于以往工作，显著提升了轨道元素与物理参数估计的精度。
• 结果表明，将长基线干涉测量与历史天体测量及径向速度结合，可实现稳健的三维轨道解，对恒星质量与距离测定至关重要。