[论文解读] The use of the NEXTGEN model atmospheres for cool giants in a light curve synthesis code

Jerome A. Orosz, Peter H. Hauschildt|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用 35

一句话总结

本文提出了一种光变曲线合成代码，直接使用适用于低温巨星（T_eff ≤ 6800 K，log g ≤ 3.5）的NextGen模型大气强度，避免了黑体辐射和边缘暗化近似。结果表明，球对称几何模型中的非线性边缘暗化会导致光变曲线极小值更深，并使旋转展宽核产生偏差，从而破坏双星分析中的标准假设。

ABSTRACT

We have written a light curve synthesis code that makes direct use of model atmosphere specific intensities, in particular the NEXTGEN model atmosphere grid for cool giants (T_eff <= 6800 K and log(g) <= 3.5, Hauschildt et al. 1999). We point out that these models (computed using spherical geometry) predict a limb darkening behaviour that deviates significantly from a simple linear or two-parameter law (there is less intensity at the limb of the star). The presence of a significantly nonlinear limb darkening law has two main consequences. First, the ellipsoidal light curve computed for a tidally distorted giant using the NEXTGEN intensities is in general different from the light curve computed using the same geometry but with the black body approximation and a one- or two-parameter limb darkening law. In most cases the light curves computed with the NEXTGEN intensities have deeper minima than their black body counterparts. Thus the light curve solutions for binaries with a giant component obtained with models with near linear limb darkening (either black body or plane-parallel model atmosphere intensities) are biased. Observations over a wide wavelength range (i.e. both the optical and infrared) are particularly useful in discriminating between models with nearly linear limb darkening and the NEXTGEN models. Second, we show that rotational broadening kernels for Roche lobe filling (or nearly filling) giants can be significantly different from analytic kernels due to a combination of the nonspherical shape of the star and the radical departure from a simple limb darkening law. As a result, geometrical information inferred from V_rot*sin(i) measurements of cool giants in binary systems are likewise biased.

研究动机与目标

• 开发一种直接使用模型大气特异性强度而非黑体或边缘暗化近似的光变曲线合成代码。
• 研究球对称NextGen模型大气产生的非线性边缘暗化对双星系统中光变曲线形态的影响。
• 评估非球对称恒星形状与复杂边缘暗化对旋转展宽核及V_rot sin i测量的影响。
• 证明标准光变曲线解法中采用线性或双参数边缘暗化律对低温巨星存在系统性偏差。
• 提供一种更精确的双星系统中光变曲线与径向速度建模方法，尤其适用于具有巨星分量的密近双星。

提出的方法

• 该代码使用适用于低温巨星的NextGen模型大气网格中计算出的特定强度，基于球对称几何结构计算合成光变曲线。
• 采用基于多边形的表面积分方法，计算每个表面元素的通量贡献，通过地平线检测和部分像素校正来处理食现象。
• 该方法采用二分法算法，精确确定食星体地平线与每一纬度带的交点，从而实现对部分食的精确校正。
• 该代码采用基于可见点、隐藏点与地平线点之间角度偏移的通量校正方案，处理部分食的表面元素。
• 通过与Wilson-Devinney（W-D）代码在相同参数下的对比验证，光变曲线与径向速度的差异在0.1%以内，验证了代码的准确性。
• 该方法可直接使用相同物理模型计算径向速度曲线，确保双星系统建模的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用NextGen模型大气强度计算的光变曲线与使用黑体或标准边缘暗化律计算的光变曲线在低温巨星中存在哪些差异？
• RQ2 球对称模型大气产生的非线性边缘暗化对双星系统中光变曲线极小值的深度与形状有何影响？
• RQ3 与解析近似相比，充满洛希瓣的巨星的非球对称形状与复杂边缘暗化如何影响旋转展宽核？
• RQ4 在采用标准边缘暗化假设时，低温巨星在双星系统中的V_rot sin i测量值在多大程度上存在偏差？
• RQ5 使用直接模型大气强度的光变曲线合成代码能否产生与Wilson-Devinney等成熟代码一致的结果？

主要发现

• 使用NextGen模型大气强度计算的光变曲线相比黑体或线性边缘暗化近似，其极小值显著更深，这是由于非线性边缘暗化所致。
• 球对称模型大气产生的非线性边缘暗化导致恒星边缘强度显著降低，与简单的一或双参数定律存在显著偏离。
• 充满洛希瓣的巨星的旋转展宽核与解析核存在显著差异，这是非球对称恒星形状与复杂边缘暗化共同作用的结果。
• 标准光变曲线解法中假设线性或双参数边缘暗化对低温巨星存在系统性偏差，尤其在几何与物理参数的确定上。
• 在宽波段范围（光学至红外）进行观测对于区分接近线性边缘暗化的模型与更精确的NextGen模型大气至关重要。
• 使用直接模型大气强度的ELC代码在光变曲线与径向速度上与Wilson-Devinney代码的差异在0.1%以内，验证了其准确性。