[論文レビュー] A new class of pulsating hot subdwarfs

Thomas Kupfer, Evan B. Bauer+23 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、200–475秒の周期と5%を超える光度アテネュードを示す大振幅径方向脈動を示す、新しいタイプの脈動的ホットサブダスト星—高重力-BLAPsと呼ばれる—を同定した。高時間分解能のZTF光度測定と位相分解スペクトロスコピーを用いて、これらの星は低質量（0.25–0.35 M⊙）ヘリウムコア準白色矮星が鉄の光学接続不安定性帯に位置し、星震学的モデリングにより準白色矮星進化モデルが白色矮星進化モデルよりも好ましいと示された。

ABSTRACT

Using high-cadence observations from the Zwicky Transient Facility at low Galactic latitudes, we have discovered a new class of pulsating, hot, compact stars. We have found four candidates, exhibiting blue colors ($g-r\leq-0.1$ mag), pulsation amplitudes of $>5\%$, and pulsation periods of $200 - 475$ sec. Fourier transforms of the lightcurves show only one dominant frequency. Phase-resolved spectroscopy for three objects reveals significant radial velocity, T$_{ m eff}$ and log(g) variations over the pulsation cycle, consistent with large amplitude radial oscillations. The mean T$_{ m eff}$ and log(g) for these stars are consistent with hot subdwarf B (sdB) effective temperatures and surface gravities. We calculate evolutionary tracks using MESA and adiabatic pulsations using GYRE for low-mass helium-core pre-white dwarfs and low mass helium-burning stars. Comparison of low-order radial oscillation mode periods with the observed pulsation periods show better agreement with the pre-white dwarf models. Therefore, we suggest that these new pulsators and Blue Large-Amplitude Pulsators (BLAPs) could be members of the same class of pulsators, composed of young $\approx0.25-0.35$ M$_\odot$ helium-core pre-white dwarfs.

研究の動機と目的

• 大振幅径方向振動を示す新しいタイプの脈動的ホットサブダスト星を同定・特徴づけること。
• 観測された脈動周期と理論的モデルを比較することで、これらの星の進化的状態を特定すること。
• これらの星が低質量ヘリウムコア準白色矮星か、より高質量のヘリウム燃焼星かを検証すること。
• 進化状態の診断としての脈動周期の時間的変化（周期ドリフト）を検出できるかを評価すること。
• 放射線浮上と金属量の増加が鉄の光学接続不安定性帯を介して径方向脈動を励起する役割を果たすかを検討すること。

提案手法

• Zwicky Transient Facility (ZTF) を用いた高時間分解能の光度測定により、ホットサブダスト星における大振幅・単一周波数脈動を検出すること。
• KeckおよびLCOGT望遠鏡を用いた位相分解スペクトロスコピーにより、脈動サイクルにわたる径方向速度、効果的温度、表面重力の変化を測定すること。
• MESAを用いた進化モデル計算により、低質量ヘリウムコア準白色矮星およびヘリウム燃焼星の進化軌道を計算すること。
• GYREを用いた脈動モデリングにより、理論的比較のための断熱的径方向モード周期を計算すること。
• 二重星の同伴を示す径方向速度シフトの探索を実施し、脈動由来の信号を分離するためにプリホイティニングを適用すること。
• 観測された脈動周期と理論的モデルを比較することで、質量および進化状態を制約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新たに同定された脈動星は、低質量ヘリウムコア準白色矮星か、より高質量のヘリウム燃焼星かに一致するか？
• RQ2 放射線浮上によって強化された鉄の光学接続不安定性帯メカニズムが、観測された大振幅径方向脈動を説明できるか？
• RQ3 脈動周期およびその時間的変化が、準白色矮星モデルとヘリウム燃焼モデルを区別できるか？
• RQ4 二重星の同伴が存在する証拠はあるか？もしあらなければ、これは進化経路に何を示唆するか？
• RQ5 今後の観測で、準白色矮星の進化状態を確認するための周期ドリフト（dP/dt）を検出できるか？

主な発見

• 青色の色（g−r ≤ −0.1 mag）、脈動アテネュード >5%、周期200–475秒の高重力-BLAP候補が4つ同定された。
• 位相分解スペクトロスコピーにより、顕著な径方向速度、T eff、log(g)の変化が確認され、大振幅径方向脈動の確認が得られた。
• 観測された脈動周期は、低質量ヘリウムコア準白色矮星モデル（0.25–0.35 M⊙）の方が、より高質量のヘリウム燃焼星モデルよりもよく一致した。
• 脈動由来の変化を超える顕著な径方向速度シフトは検出されず、短周期のM > 0.1 M⊙のコンパクトな二重星は除外された。
• 準白色矮星では約1 Myrの期間にわたって予測される周期ドリフト（dP/dt ≈ 10−12 s s−1）は、進化状態を区別するための潜在的観測的テストを提供する。
• これらの発見は、高重力-BLAPsおよびBLAPsが、低質量ヘリウムコア準白色矮星の同じ進化的クラスに属するという仮説を支持する。