Orbital parameters and mass determination of visual binary systems

Abstract

Determinar las masas estelares sigue siendo un desafío fundamental en astrofísica, y los sistemas estelares binarios ofrecen una oportunidad única para medir estas masas directamente por medio de las leyes de Kepler. Esta tesis tiene como objetivo mejorar la caracterización de los sistemas estelares binarios derivando en forma precisa elementos orbitales y estimaciones de masa por medio de una combinación de observaciones astrométricas y, en menor medida, de velocidad radial. El estudio se centra en una muestra de 16 binarias visuales, 8 binarias espectroscópicos de una sola línea y 2 binarias espectroscópicos de doble línea observados en el hemisferio sur. Las nuevas mediciones astrométricas fueron obtenidas utilizando la cámara Speckle HRCam del telescopio SOAR de 4.1 m y la cámara Speckle Zorro del telescopio Gemini de 8.1 m, ambos en Cerro Pachón. Las nuevas observaciones de velocidad radial fueron obtenidas con el espectrógrafo Echelle FEROS en el telescopio MPG de 2.2 m del Observatorio ESO/La Silla. Se emplearon métodos Bayesianos de Monte Carlo de Cadena de Markov para analizar los datos, obteniendo modelos estadísticos robustos y parámetros orbitales refinados. Este trabajo introduce 10 nuevas soluciones orbitales, aborda desafíos como una alta excentricidad e inclinaciones casi de canto, y examina discrepancias en las mediciones de paralaje. La integración de datos visuales y espectroscópicos resuelve eficazmente ambigüedades en el parámetro orbital Ω, contribuyendo a una comprensión más profunda de la dinámica estelar.

Determining stellar masses remains a fundamental challenge in astrophysics, and binary star systems offer a unique opportunity to measure these masses directly using Kepler’s laws. This thesis aims to enhance the characterization of binary systems by deriving accurate orbital elements and mass estimates using a combination of radial velocity and, mainly, astrometric observations. The study focuses on a sample of 16 visual binaries, 8 single-lined spectroscopic binaries, and 2 double-lined spectroscopic binaries observed in the southern hemisphere. The new astrometric measurements were secured with the HRCam Speckle camera on the SOAR 4.1m telescope and the Zorro Speckle camera on the Gemini 8.1m telescope, both at Cerro Pachón. New radial velocity observations were obtained with the FEROS Echelle spectrograph on the 2.2m MPG telescope at the ESO/La Silla Observatory. Bayesian Markov Chain Monte Carlo methods were employed to analyze the data, yielding robust statistical models and refined orbital parameters. This work introduces 10 new orbital solutions, addresses challenges such as high eccentricity and nearly edge-on inclinations, and examines discrepancies in parallax measurements. The integration of visual and spectroscopic data effectively resolves ambiguities in orbital parameter Ω, contributing to a deeper understanding of stellar dynamics.