[论文解读] The shortest period M-dwarf eclipsing system BW3 V38, II: determination of absolute elements

C. Maceroni, J. Montalbán|ArXiv.org|Aug 3, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 36

一句话总结

本研究通过同时分析OGLE光变曲线与新的EMMI-NTT径向速度数据，确定了BW3 V38这一独特短周期M3.5e型矮星食双星的绝对物理参数，其轨道周期为0.1984天。两颗恒星几乎完全相同，快速自转，具有强烈的色球层活动。推导出的质量与半径与经验关系的偏差在10%以内，表明磁场与快速自转可能解释了模型与观测之间的差异。

ABSTRACT

The spectroscopic data for the short-period (0.1984 d)eclipsing binary V38, discovered by the OGLE micro-lensing team in Baade's Window field BW3, are analyzed. Radial velocity curves are derived from mid-resolution spectra obtained with EMMI-NTT at ESO - La Silla, and a simultaneous solution of the existing light curve by OGLE and of the new radial velocity curves is obtained. The system is formed by almost twin M3e dwarf components that are very close, but not yet in contact. The spectra of both dwarfs show signatures of the presence of strong chromospheres. Spectroscopy definitely confirms, therefore, what was suggested on the basis of photometry: BW3 V38 is indeed a unique system, as no other similar binary with M components and in such a tight orbit is known. Within the limits posed by the relatively large errors, due to the combined effect of system faintness and of the constraints on exposure time, the derived physical parameters seem to agree with the relations obtained from the other few known eclipsing binaries with late type components (which indicate a discrepancy between the available evolutionary models and the data at ~ 10% level). A possible explanation is the presence of strong magnetic fields and fast rotation (that applies to the BW3 V38 case as well). A simple computation of the system secular evolution by angular momentum loss and spin orbit synchronization shows that the evolution of a system with M dwarfs components is rather slow, and indicates as well a possible reason why systems similar to BW3 V38 are so rare.

研究动机与目标

• 确定BW3 V38的绝对物理参数，该系统为罕见的短周期食双星，包含M型矮星分量。
• 确认两颗分量的光谱分类为具有强色球层活动的M3.5e型矮星。
• 研究晚型食双星中观测质量-半径关系与理论质量-半径关系之间的差异。
• 评估磁致角动量损失在该类系统轨道演化中的作用。
• 在恒星演化与磁活动的背景下，评估此类系统稀有性的成因。

提出的方法

• 分析中分辨率EMMI-NTT光谱，推导两颗分量的径向速度曲线。
• 利用轨道建模方法，同时求解OGLE I波段光变曲线与新的径向速度曲线。
• 利用Hα发射线等效宽度评估色球层活动水平与磁活动水平。
• 通过磁致角动量损失（AML）模型应用磁致制动，估算轨道演化 timescales。
• 利用公式 τ_G = 2.8×10^7 (m1+m2)^{1/3}/(m1 m2) P^{8/3} 估算引力波驱动的周期衰减。
• 将推导出的质量与半径与其它M型矮星双星的经验质量-半径关系及理论模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 BW3 V38双星系统的分量绝对质量与半径是多少？
• RQ2 BW3 V38的观测物理参数在多大程度上偏离M型矮星的理论质量-半径关系？
• RQ3 磁活动与快速自转在解释M型矮星双星中观测到的半径膨胀中起什么作用？
• RQ4 角动量损失与引力波辐射如何影响BW3 V38的轨道演化？
• RQ5 为何如此短周期的M型矮星食双星如BW3 V38如此稀有？

主要发现

• BW3 V38的分量为几乎相同的M3.5e型矮星，质量约为0.35 M☉，半径约为0.35 R☉，与dMe分类一致。
• 该系统表现出强烈的Hα发射，表明存在色球层活动，平均磁活动水平较高，暗示其年龄大于类似系统。
• 推导出的质量与半径与其它M型矮星双星的经验质量-半径关系偏差在约10%以内，表明在此水平上存在模型与观测之间的差异。
• 由磁致制动引起的轨道演化 timescale 估计在2.7至9.8 Gy之间，表明演化缓慢，这解释了此类系统稀有的原因。
• 引力波辐射在过去对周期衰减的贡献可忽略不计，但未来可能变得重要，当前周期下 τ_G ≈ 9.4 Gy。
• 该系统的快速自转（130 km s⁻¹）与半径膨胀可能与强磁场有关，支持磁效应可能解释观测到的质量-半径差异的假设。