Illuminating binary star evolution with observed populations and theoretical modeling

Abstract

We present a method for the inference of the minimum mass ratio of contact binary stars from the observed distribution of their light curve amplitudes. We apply the method to a sample of contact binary candidates from the Kepler Eclipsing Binary Catalog. We find minimum mass ratios qmin = 0.087+0.024 −0.015 and qmin = 0.246+0.029 −0.046 for late-type contact binaries with periods P > 0.3 d and P ≤ 0.3 d, respectively, and qmin = 0.030+0.018 −0.022 for early-type contact binaries with P < 1 d. We also address the problem of identifying dark companion binaries-ellipsoidal variables hosting dormant black holes and neutron stars-in large photometric surveys using random forest classifiers trained on low-dimensional representations of synthetic light curves of dark companion, semidetached, and contact binaries. We find that the three classes are largely separable even under adverse conditions, such as the presence of spots and strong instrumental noise. Our method can significantly increase the purity of samples of dark companion candidates, improving the cost-efficiency of follow-up observations.

V této práci představujeme metodu pro odhad minimálního poměru hmotnosti složek kontaktních dvojhvězd na základě pozorované distribuce amplitud jejich světelných křivek. Metodu aplikujeme na vzorek kandidátů kontaktních dvojhvězd z katalogu Kepler Eclipsing Binary Catalog. Určili jsme minimální poměr hmotností qmin = 0.087+0.024 −0.015 a qmin = 0.246+0.029 −0.046 pro kontaktní dvojhvězdy pozdního spektrálního typu s periodami P > 0.3 d a P ≤ 0.3 d a qmin = 0.030+0.018 −0.022 pro kontaktní dvojhvězdy raného spektrálního typu s P < 1 d. Dále se zabýváme problémem identifikace temných společníků-elipsoidálních proměnných, jejichž jednou složkou jsou neaktivní černé díry a neutronové hvězdy-v rozsáhlých fotometrických průzkumech pomocí random forest klasifikátorů vyškolených na nízkodimenzionálních reprezentacích syntetických světelných křivek temných společníků, polodotykových a kontaktních dvojhvězd. Zjistili jsme, že tyto tři třídy jsou v převážné míře oddělitelné i za nepříznivých podmínek, jako jsou přítomnost skvrn a silný instrumentální šum. Naše metoda může významně zvýšit čistotu vzorků kandidátů temných společníků, čímž zlepší nákladovou efektivitu následných pozorování.