[论文解读] The quest for companions to post-common envelope binaries: III. A reexamination of HW Virginis

K. Beuermann, S. Dreizler+2 more|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|Jun 14, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用 47

一句话总结

本文提出了一种在后公共包层双星HW Virginis中长期稳定的双伴星模型，仅通过光行时效应解释其观测到的食变周期变化。该系统包含一个内层巨行星（14 M_Jup）和一个质量更大的外层伴星（30–120 M_Jup），两者处于共面轨道，动力学模拟证实其在10^7年内的稳定性，为密近双星中的行星假说提供了强有力支持。

ABSTRACT

We report new mid-eclipse times of the short-period sdB/dM binary HW Vir, which differ substantially from the times predicted by a previous model. The proposed orbits of the two planets in that model are found to be unstable. We present a new secularly stable solution, which involves two companions orbiting HW VIr with periods of 12.7 yr and 55 +/-15 yr. For orbits coplanar with the binary, the inner companion is a giant planet with mass M_3 sin i_3 = 14 M_Jup and the outer one a brown dwarf or low-mass star with a mass of M_4 sin i_4 = 30-120 M_Jup. Using the mercury6 code, we find that such a system would be stable over more than 10^7 yr, in spite of the sizeable interaction. Our model fits the observed eclipse-time variations by the light-travel time effect alone, without invoking any additional process, thereby providing support for the planetary hypothesis of the eclipse-time variations in close binaries. The signature of non-Keplerian orbits may be visible in the data.

研究动机与目标

• 利用新的食中时刻数据重新评估HW Virginis双星系统中食变周期变化的行星假说。
• 检验Lee等人（2009年）先前提出的双行星模型的动力学稳定性，特别关注长期稳定性。
• 开发一种新的、稳定的、动力学一致的双伴星解，仅通过光行时效应解释所有观测到的食变周期变化，无需引入额外机制。
• 评估非开普勒轨道效应（如相互摄动）是否在食变周期残差中留下可探测的特征。
• 为解释演化双星中类似系统的环双星行星系统提供一个稳健的动力学框架。

提出的方法

• 利用MONET/N望远镜和AAVSO数据获取了覆盖约75,000至约85,300周期的HW Virginis新食中时刻。
• 重新分析观测减去计算的（O–C）食变周期残差，以检测与Lee等人（2009年）先前模型的偏差。
• 采用mercury6 N体积分代码模拟双星周围双行星系统的长期动力学演化，测试超过10^7年的长期稳定性。
• 使用光行时（LTT）效应拟合观测到的食变周期变化，针对两个开普勒轨道，允许轨道偏心率和近日点角作为自由参数。
• 评估相互行星摄动对食变周期的影响，识别残差中可能存在的非开普勒特征。
• 通过最小二乘法拟合轨道参数（周期、质量、倾角），质量以M sin i形式报告，因轨道倾角未知。

实验结果

研究问题

• RQ1 Lee等人（2009年）提出的HW Virginis双行星模型在长时间 timescales 上是否具有动力学稳定性？
• RQ2 能否通过仅使用光行时效应的新双伴星模型解释观测到的HW Virginis食变周期变化，而无需额外机制？
• RQ3 在HW Virginis双星周围稳定共面配置的双伴星轨道参数受到何种动力学约束？
• RQ4 来自相互行星摄动的非开普勒轨道效应是否在食变周期残差中留下可探测的特征？
• RQ5 观测到的O–C变化是否可被一个稳定行星系统完全解释，从而加强此类系统中行星假说的可信度？

主要发现

• Lee等人（2009年）最初提出的双行星模型在动力学上不稳定，因此被排除为解释观测到的食变周期变化的可行方案。
• 发现了一种新的长期稳定的双伴星解，内侧行星周期为12.7 ± 0.2 yr，最小质量为14.3 ± 1.0 M_Jup（倾角i = 80.9°），外侧行星周期为55 ± 15 yr，质量为30–120 M_Jup。
• 在使用mercury6代码的N体模拟中，该系统在超过10^7年的时间内保持稳定，证实了其长期动力学可行性。
• 观测到的食变周期变化完全由两个伴星引起的光行时效应解释，无需引入额外机制（如磁制动或Applegate型效应）。
• 来自相互行星相互作用的非开普勒轨道摄动导致光行时振幅发生显著的轨道间变化（内侧行星变化超过10秒），表明此类效应可能在残差中可见。
• 在减去两个开普勒轨道贡献后，残差显示出非随机结构，表明可能存在非开普勒运动的观测特征，尽管某些区间的观测数据质量有限。