首次对近接触双星V0609 Aur进行的光度测量和轨道周期研究

《New Astronomy》：First photometric and orbital-period studies of the near-contact binary V0609 Aur

近接触双星V0609 Aur的光学性质与轨道演化研究，通过地面多波段观测和TESS数据揭示其处于几何接触但非热平衡状态，接触度仅3.27%，温度差异达2300K。轨道周期以每年1.25×10^-7次速率递减，结合罗谢线模型和热松弛振荡理论推断其正从浅接触相向过接触态演化

　　

谭宇|吴佩如|孟子斌|余云霞|胡凯|向福元

湘潭大学恒星与星际介质重点实验室，中国湖南省湘潭市411105

摘要

近接触双星系统作为分离双星系统和接触双星系统之间的进化桥梁，对于深入理解接触双星的形成和演化过程具有关键意义。在本文中，我们首次对近接触双星V0609 Aur进行了光度测量和轨道周期分析。基于地面多波段观测以及TESS宽波段光度数据得到的光变曲线结果显示，V0609 Aur属于非热平衡状态，并且是几何接触双星，其特征是接触程度极低（$f=3.27<mtext>\%</mtext>$），同时存在显著的温度差异（$\Delta T?2300$ K）。不对称的光变曲线可以通过假设次星表面存在热点来很好地解释。轨道周期的长期变化表明，V0609 Aur的轨道周期正在以的速度逐渐减小。这种长期周期变化很可能是由于质量从质量较大的主星转移到质量较小的次星所致。通过结合罗什瓣模型、轨道周期变化理论和热松弛振荡理论，我们推断V0609 Aur正从浅接触阶段向过接触状态演化。

引言

近接触双星（NCBs）是一类特殊的双星系统，其中两颗恒星几乎填满了或略微超出了它们的临界罗什瓣（Shaw, 1990, Shaw, 1994）。这类双星的轨道周期通常短于一天。尽管两颗恒星非常接近，甚至处于几何接触状态，但它们并未达到热接触，因此表面温度存在较大差异。例如，NCB的次星通常比主星的光谱类型晚两个等级（Qian, 2002）。由于临界接触配置和强烈的潮汐相互作用，NCBs通常表现出食双星（$\beta$ Lyrae型（EB型）的光变曲线。根据热松弛振荡（TRO）理论（Lucy, 1976, Flannery, 1976, Robertson and Eggleton, 1977, Qian, 2003）的预测，NCBs在半分离双星系统和接触双星系统之间起到了进化桥梁的作用。这一独特性质使它们成为检验TRO理论并阐明接触双星形成机制的重要对象。此外，临界接触的几何配置以及两颗恒星之间的非热平衡状态使得通过光度测量能够探测到质量转移过程中产生的“撞击点”（Shaw, 1990, Hilditch et al., 1997, Pavlovski et al., 1998, Van Hamme et al., 2001, Qian, 2002, Qian and Zhu, 2002, Hu et al., 2019）。因此，NCBs也是研究双星系统中质量转移物理过程的理想对象。然而，NCBs的存活时间远短于普通双星的演化时间尺度（Zhu et al., 2006, Zhu and Qian, 2009, Zhu et al., 2010, Zejda et al., 2016），导致其观测频率极低。为了揭示分离双星系统和接触双星系统之间的演化联系，继续开展针对NCBs的个体研究至关重要。

在本文中，我们对候选NCB V0609 Aur（=GSC 02913-01483）进行了详细的光度测量和轨道周期分析。V0609 Aur的变光特性最初由La Vigne和Shaw（2002）利用国际业余-专业光电光度测量数据发现。随后，Kazarovets等人（2011）将其归类为EB型双星，并列入第80批变星名录。自发现以来，V0609 Aur已被多个光度测量项目观测到，包括广角行星搜索（WASP, Butters et al. 2010）、全天自动超新星巡天（ASAS-SN, Shappee et al., 2014, Jayasinghe et al., 2019）、Zwicky瞬变设施（ZTF, Bellm et al., 2019, Masci et al., 2019）以及凌日系外行星巡天卫星（TESS, Ricker et al. 2015）。此外，它还接受了两项光谱学研究：Gaia任务（Gaia Collaboration et al., 2016, Gaia Collaboration et al., 2018）和大型天空多目标光纤光谱望远镜（LAMOST, Luo et al. 2015）的观测。这些研究提供了丰富的光度和光谱数据，为探索V0609 Aur的光度特性和演化状态提供了新的途径。

小节片段

光度和光谱观测

我们使用中国科学院国家天文台兴隆站的85厘米反射望远镜对V0609 Aur进行了多波段光度测量。该望远镜配备了Cassegrain焦点的多色CCD光度计。观测期间使用了Johnson-cousins BVR滤光片和Andor DZ936 PI2048 CCD光度系统。V0609 Aur分别于2022年1月5日和6日被观测，曝光时间分别为150秒、130秒和90秒。

光变曲线解析

我们采用了PHysics Of Eclipsing Binaries 2.4（PHOEBE 2.4, Pr?a and Zwitter, 2005, Jones et al., 2020, Conroy et al., 2020）软件对V0609 Aur的光变曲线进行了同步分析。首先需要为双星系统中的某一颗恒星估计一个可靠的温度值。尽管通过LAMOST巡天和Gaia任务获得的光谱数据已经能够较好地估计V0609 Aur的温度，但这些温度值实际上是两颗恒星温度的合成值

轨道周期变化

轨道周期的变化不仅是研究双星内部物理过程的重要指标，也为了解它们的演化提供了线索。为了探究V0609 Aur的潜在周期变化，我们仔细检索了所有可用的光变最小值数据。然而，先前的研究中并未报告过任何光变最小值。因此，我们从多个光度测量项目中下载数据来计算光变最小值。

演化状态分析

利用V0609 Aur的绝对物理参数，我们在温度-亮度（）、质量-半径（）和质量-亮度（）图来分析其演化状态。作为对比，我们全面搜索了所有已知的NCBs，并在表9中整理了90个单独研究的样本。此外，还纳入了Yu等人（2022）汇编的173个过接触双星作为参考。

讨论与结论

总结来说，我们详细研究了食双星V0609 Aur的光度和轨道周期变化。光度分析表明，V0609 Aur属于接触型非热平衡双星，其特征是接触程度极浅且两颗恒星之间存在显著的温度差异。轨道周期变化分析显示，V0609 Aur的轨道周期正在长期减小，表明存在持续的质量转移

CRediT作者贡献声明

谭宇：撰写初稿、概念构思。吴佩如：数据调查。孟子斌：数据验证与软件处理。余云霞：撰写、审稿与编辑、数据管理。胡凯：方法论与正式分析。向福元：项目监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：12373024）、国家自然科学基金与中国科学院合作的天文联合研究基金（编号：U1931115 和 U2031114）、湖南省教育厅科研经费（编号：22A0099 和 24A0101）的支持。我们感谢以下项目提供的宝贵光谱和光度数据：（1）Guoshoujing