Common Age and Initial Metallicity for the 16 Cyg Binary System

Abstract

Solar-like oscillating binary systems provide powerful constraints on stellar evolution, as their components are expected to share the same initial chemical composition and age due to their common origin. Asteroseismology further allows these parameters to be determined with high precision. The 16 Cyg system, whose components are both solar analogues and show solar-like oscillations, represents an excellent laboratory in this context. In this study, we constructed stellar models of 16 Cyg A and B using the MESA evolutionary code under the spectroscopic and interferometric constraints. We found a common age of t ≈ 8.0 Gyr for an initial metallicity of Z0 = 0.0166. The masses of the components are MA = 1.000 M⊙ and MB = 0.971 M⊙. The models agree well with the interferometric radii, observed effective temperatures, and luminosities. The surface metallicities are Zs = 0.01390 and Zs = 0.01404 for 16 Cyg A and B, respectively, showing consistency with the expected effects of microscopic diffusion.

Keywords

• asteroseismology
• binary star evolution: 16 cyg
• stellar evolution

Supporting Institution

This study was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TÜBİTAK: 123F019).

Project Number

TÜBİTAK: 123F019

Ethical Statement

The authors declare that this study does not involve any ethical issues.

Thanks

This study was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TÜBİTAK: 123F019).

16 Cyg Çift Sistemi için Ortak Yaş ve Başlangıç ​​Metaliklik Değeri

Abstract

Güneş benzeri titreşim yapan çift sistemler, bileşenlerinin ortak kökenlerinden dolayı aynı başlangıç kimyasal bileşimine ve yaşa sahip olmalarının beklenmesi nedeniyle, yıldız evrimi üzerinde güçlü kısıtlamalar sağlar. Asterosismoloji ise bu parametrelerin yüksek hassasiyetle belirlenmesine olanak tanır. Bileşenlerinin her ikisi de güneş analoğu olan ve güneş benzeri titreşim gösteren 16 Cyg sistemi, bu bağlamda mükemmel bir laboratuvar oluşturmaktadır. Bu çalışmada, 16 Cyg A ve B’nin iç yapı modelleri, spektroskopik ve interferometrik kısıtlamalar altında MESA evrim kodu kullanılarak oluşturulmuştur. Başlangıç metal bolluğu Z0 = 0.0166 için ortak yaşın yaklaşık t≈8.0 Gyr olduğu bulunmuştur. Bileşenlerin kütleleri sırasıyla MA = 1.000 M⊙ ve MB = 0.971 M⊙ olarak elde edilmiştir. Modeller, interferometrik yarıçap, gözlemsel etkin sıcaklık ve ışıtma değerleri ile iyi bir uyum göstermektedir. Yüzey metal bollukları ise sırasıyla 16 Cyg A ve B için Zs = 0.01390 ve Zs = 0.01404 olup mikroskobik difüzyonun beklenen etkileriyle tutarlılık göstermektedir.

Keywords

• asteroseismology
• binary star evolution: 16 Cyg
• stellar evolution

Supporting Institution

Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir.

Project Number

TÜBİTAK: 123F019

Ethical Statement

Bu çalışmanın herhangi bir etik sorun içermediğini beyan ederiz.

Thanks

Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir.

References

1. Appourchaux T., et al., 2012, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201218948), 543, A54
2. Appourchaux T., et al., 2014, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201323317), 566, A20
3. Appourchaux T., et al., 2015, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201526610), 582, A25
4. Asplund M., Grevesse N., Sauval A. J., Scott P., 2009, ARA&A (doi:10.1146/annurev.astro.46.060407.145222), 47, 481
5. Baglin A., Auvergne M., Barge P., Deleuil M., Catala C., Michel E., Weiss W., COROT Team 2006, in Fridlund M., Baglin A., Lochard J., Conroy L., eds, ESA Special Publication Vol. 1306, The CoRoT Mission Pre-Launch Status - Stellar Seismology and Planet Finding. p. 33
6. Ball W. H., et al., 2022, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stac2212), 516, 3709
7. Bedding T. R., Kjeldsen H., Frandsen S., dall T. H., 1998, in Deubner F.-L., Christensen-Dalsgaard J., Kurtz D., eds, IAU Symposium Vol. 185, New Eyes to See Inside the Sun and Stars. p. 285 (arXiv:astro-ph/9710359), doi:10.48550/arXiv.astro-ph/9710359
8. Böhm-Vitense E., 1958, Z.~Astrophys., 46, 108, ADS:https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1958ZA.....46..108B

9. Borucki W. J., et al., 2010, Science (doi:10.1126/science.1185402), 327, 977
10. Bouchy F., Carrier F., 2001, A&A (doi:10.1051/0004-6361:20010792), 374, L5
11. Buldgen G., Reese D. R., Dupret M. A., 2016, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201527032), 585, A109
12. Carrier F., Bourban G., 2003, A&A (doi:10.1051/0004-6361:20030856), 406, L23
13. Casagrande L., Flynn C., Portinari L., Girardi L., Jimenez R., 2007, MNRAS (doi:10.1111/j.1365-2966.2007.12512.x), 382, 1516
14. Cochran W. D., Hatzes A. P., Butler R. P., Marcy G. W., 1997, ApJ (doi:10.1086/304245), 483, 457
15. Davies G. R., et al., 2015, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stu2331), 446, 2959
16. Delgado Mena E., et al., 2014, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201321493), 562, A92
17. Di Mauro M. P., et al., 2026, ApJ (doi:10.3847/1538-4357/ae40ad), 1000, 92
18. Duquennoy A., Mayor M., 1991, A&A, 248, 485, ADS:https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1991A&A...248..485D
19. Eggenberger A., 2010, in Go\.zdziewski K., Niedzielski A., Schneider J., eds, EAS Publications Series Vol. 42, EAS Publications Series. EDP, pp 19--37 (arXiv:0910.3332), doi:10.1051/eas/1042002
20. Ferguson J. W., Alexander D. R., Allard F., Barman T., Bodnarik J. G., Hauschildt P. H., Heffner-Wong A., Tamanai A., 2005, ApJ (doi:10.1086/428642), 623, 585
21. Fuhrmann K., Pfeiffer M. J., Bernkopf J., 1998, A&A, 336, 942, ADS:https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1998A&A...336..942F
22. Gruberbauer M., Guenther D. B., MacLeod K., Kallinger T., 2013, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stt1289), 435, 242
23. Hauser H. M., Marcy G. W., 1999, PASP (doi:10.1086/316328), 111, 321
24. Huber D., et al., 2011, ApJ (doi:10.1088/0004-637X/743/2/143), 743, 143
25. Iglesias C. A., Rogers F. J., 1993, ApJ (doi:10.1086/172958), 412, 752
26. Iglesias C. A., Rogers F. J., 1996, ApJ (doi:10.1086/177381), 464, 943
27. Jermyn A. S., et al., 2023, ApJS (doi:10.3847/1538-4365/acae8d), 265, 15
28. Kjeldsen H., Bedding T. R., 1995, A&A (doi:10.48550/arXiv.astro-ph/9403015), 293, 87
29. Kjeldsen H., Bedding T. R., Frandsen S., dall T. H., 1999, MNRAS (doi:10.1046/j.1365-8711.1999.02254.x), 303, 579
30. Laws C., Gonzalez G., Walker K. M., Tyagi S., Dodsworth J., Snider K., Suntzeff N. B., 2003, AJ (doi:10.1086/374626), 125, 2664
31. Li Y., Bedding T. R., Li T., Bi S., Murphy S. J., Corsaro E., Chen L., Tian Z., 2018, MNRAS (doi:10.1093/mnras/sty222), 476, 470
32. Maia M. T., Meléndez J., Lorenzo-Oliveira D., Spina L., Jofré P., 2019, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201935952), 628, A126
33. Marcadon F., Appourchaux T., Marques J. P., 2018, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201731628), 617, A2
34. Metcalfe T. S., et al., 2012, ApJ (doi:10.1088/2041-8205/748/1/L10), 748, L10
35. Metcalfe T. S., Creevey O. L., Davies G. R., 2015, ApJ (doi:10.1088/2041-8205/811/2/L37), 811, L37
36. Miglio A., Chaplin W. J., Farmer R., Kolb U., Girardi L., Elsworth Y., Appourchaux T., Handberg R., 2014, ApJ (doi:10.1088/2041-8205/784/1/L3), 784, L3
37. Nissen P. E., Silva Aguirre V., Christensen-Dalsgaard J., Collet R., Grundahl F., Slumstrup D., 2017, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201731845), 608, A112
38. Nsamba B., Cunha M. S., Rocha C. I. S. A., Pereira C. J. G. N., Monteiro M. J. P. F. G., Campante T. L., 2022, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stac1370), 514, 893
39. Paquette C., Pelletier C., Fontaine G., Michaud G., 1986, ApJS (doi:10.1086/191111), 61, 177
40. Patience J., et al., 2002, ApJ (doi:10.1086/342982), 581, 654
41. Paxton B., Bildsten L., Dotter A., Herwig F., Lesaffre P., Timmes F., 2011, ApJS (doi:10.1088/0067-0049/192/1/3), 192, 3
42. Paxton B., et al., 2013, ApJS (doi:10.1088/0067-0049/208/1/4), 208, 4
43. Paxton B., et al., 2015, ApJS (doi:10.1088/0067-0049/220/1/15), 220, 15
44. Paxton B., et al., 2018, ApJS (doi:10.3847/1538-4365/aaa5a8), 234, 34
45. Paxton B., et al., 2019, ApJS (doi:10.3847/1538-4365/ab2241), 243, 10
46. Planck Collaboration et al., 2020, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201833910), 641, A6
47. Plávalová E., Solovaya N. A., 2013, AJ (doi:10.1088/0004-6256/146/5/108), 146, 108
48. Prša A., et al., 2016, AJ (doi:10.3847/0004-6256/152/2/41), 152, 41
49. Ram\' I., Meléndez J., Asplund M., 2009, A&A (doi:10.1051/0004-6361/200913038), 508, L17
50. Ram\' I., Meléndez J., Cornejo D., Roederer I. U., Fish J. R., 2011, ApJ (doi:10.1088/0004-637X/740/2/76), 740, 76
51. Rauer H., et al., 2025, Experimental Astronomy (doi:10.1007/s10686-025-09985-9), 59, 26
52. Ryabchikova T., Pakhomov Y., Mashonkina L., Sitnova T., 2022, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stac1675), 514, 4958
53. Schuler S. C., Cunha K., Smith V. V., Ghezzi L., King J. R., Deliyannis C. P., Boesgaard A. M., 2011, ApJ (doi:10.1088/2041-8205/737/2/L32), 737, L32
54. Sullivan P. W., et al., 2015, ApJ (doi:10.1088/0004-637X/809/1/77), 809, 77
55. Takeda Y., 2024, Astronomische Nachrichten (doi:10.1002/asna.20230174), 345, e20230174
56. Tognelli E., Dell'Omodarme M., Valle G., Prada Moroni P. G., Degl'Innocenti S., 2021, MNRAS (doi:10.1093/mnras/staa3686), 501, 383
57. Tucci Maia M., Meléndez J., Ram\' I., 2014, ApJ (doi:10.1088/2041-8205/790/2/L25), 790, L25
58. Turner N. H., ten Brummelaar T. A., McAlister H. A., Mason B. D., Hartkopf W. I., Roberts Jr. L. C., 2001, AJ (doi:10.1086/321075), 121, 3254
59. Verma K., et al., 2014, ApJ (doi:10.1088/0004-637X/790/2/138), 790, 138
60. White T. R., et al., 2013, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stt802), 433, 1262
61. White T. R., et al., 2017, A&A (doi:10.1051/0004-6361/201628706), 601, A82
62. Yıldız M., Çelik Orhan Z., Kayhan C., 2015, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stv295), 448, 3689
63. Yıldız M., Çelik Orhan Z., Kayhan C., 2016, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stw1709), 462, 1577
64. Yıldız M., çelik Orhan Z., Kayhan C., 2019, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stz2223), 489, 1753
65. Yıldız M., Demirkol A., Örtel S., Alsaç T. Ç., Daylan T., 2026, MNRAS (doi:10.1093/mnras/stag1305)