Synthetic spectra for the secondary of the binary star system AA Dor with PHOENIX/3D

Abstract

With the ongoing improvements of observational instruments it is possible to detect ever fainter objects and a larger variety of stars and exoplanets. To interpret this data, the demand for accordingly sophisticated theoretical models increases. Because many of these objects are not isolated, theoretical approaches that can include irradiation effects are of special interest. As a step towards modelling the atmosphere of close binary stars and irradiated planets this work presents PHOENIX/3D models for the binary star system AA Dor. At present it is not feasible to model these kind of objects in full level of detail in 3D with full hydrodynamics and radiative transfer coupling as well as full non-LTE treatment. Hence, a multi-step approach is presented in this work. A number of PHOENIX/1D models with and without external irradiation were patched together into a 3D structure, which we call 1.5D. The resulting hydrostatic structure was used to run irradiated PHOENIX/3D models. With the PHOENIX/1D models, a slight atmosphere expansion due to local heating was found. Both 1.5D and 3D models were able to reproduce different observer perspectives. Limits for the 1.5D models were found near the terminator regions where 1D models fail to process the irradiation under low incident angles due to a lack of horizontal interactions. However, the 3D models are able to account for this and thus, transmission features at the limb of the nightside were found. Seven of the eleven identified secondary lines in the visual range listed in Hoyer et al. (2015) were found in these spectra and a dozen more lines suggested. This shows, that upon further improvement of the input hydrotructure even more precise irradiation models can be delivered for studying close binary stars and extrasolar planets.

Stetige Verbesserungen der Beobachtungsinstrumente machen es möglich, immer lichtschwachere Objekte und eine größere Vielfalt an Sternen und Exoplaneten zu detektieren. Damit diese Daten interpretiert werden können, werden dementsprechend differenziertere theoretische Modelle benötigt. Da viele dieser Objekte nicht isoliert vorkommen, sind theoretische Ansätze, die Bestrahlungseffekte berücksichtigen, besonders gefragt. Als Schritt hin zum Modellieren von engen Doppelsternen und bestrahlten Planeten präsentiert diese Arbeit PHOENIX/3D Modelle für das Doppelsternsystem AA Dor. Da es zur Zeit nicht möglich ist, diese Art von Objekten in umfänglicher Detailliertheit zu modellieren, sprich in 3D mit kompletter Hydrodynamik- und Strahlungstransportkopplung sowie kompletter nicht-LTE Behandlung, wird hier ein mehrstufiges Verfahren dafür präsentiert. Dabei werden mehrere PHOENIX/1D Modelle mit und ohne externer Bestrahlung zu einer 3D Struktur, die wir 1.5D nennen, zusammengefügt. Die daraus resultierende hydrostatische Struktur wurde dann dazu benutzt bestrahlte PHOENIX/3D Modelle zu erzeugen. Anhand der PHOENIX/1D Modelle konnte aufgrund der lokalen Erwärmung eine leichte Atmosphärenausdehnung festgestellt werden. Sowohl die 1.5D als auch die 3D Modelle waren in der Lage verschiedene Beobachterperspektiven wiederzugeben. Limitierungen für die 1D Modelle konnten nahe der Terminatorregion festgestellt werden. Hier scheitern die 1D Modelle daran die Einstrahlung unter flachen Einfallswinkeln zu verarbeiten, da keine horizontale Wechselwirkungen berücksichtigt sind. Die 3D Modelle sind hierzu jedoch im Stande, wodurch Durchstrahlungseffekte an den Rändern der Nachtseite sichtbar werden. Sieben der elf von Hoyer et al. (2015) gelisteten visuellen Linien des Sekundärsterns konnten mit den Modellen dieser Arbeit identifiziert werden und ein Dutzend weitere wurden vorgeschlagen. Somit konnte gezeigt werden, dass mittels weiterer Verbesserung der Hydrostruktur noch präzisere Bestrahlungsmodelle für enge Doppelsterne und Exoplaneten erbracht werden können.