[論文レビュー] Binaries are the best single stars

S. E. de Mink, N. Langer+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、質量転送（質量の大きな星で一般的）が生まれた時から明確に除外できる唯一のシステムであるため、2つの主系列星からなる分離型連星が、単一星の進化モデルの最良の観測的テストベッドであると主張している。これらの連星は、基本的な星のパラメータを直接測定可能であり、高密度の連星率を示す質量の大きな星においても、単一星モデルの厳密なキャリブレーションが可能である。

ABSTRACT

Stellar models of massive single stars are still plagued by major uncertainties. Testing and calibrating against observations is essential for their reliability. For this purpose one preferably uses observed stars that have never experienced strong binary interaction, i.e. "true single stars". However, the binary fraction among massive stars is high and identifying "true single stars" is not straight forward. Binary interaction affects systems in such a way that the initially less massive star becomes, or appears to be, single. For example, mass transfer results in a widening of the orbit and a decrease of the luminosity of the donor star, which makes it very hard to detect. After a merger or disruption of the system by the supernova explosion, no companion will be present. The only unambiguous identification of "true single stars" is possible in detached binaries, which contain two main-sequence stars. For these systems we can exclude the occurrence of mass transfer since their birth. A further advantage is that binaries can often provide us with direct measurements of the fundamental stellar parameters. Therefore, we argue these binaries are worth the effort needed to observe and analyze them. They may provide the most stringent test cases for single stellar models.

研究の動機と目的

• 混合や質量損失の制約が不十分なために未だ不確実性が残る質量の大きな単一星進化モデルのキャリブレーションという課題に取り組む。
• 質量の大きな星に高い連星率がある中で、「真の単一星」（強い連星相互作用を経験したことがない星）を特定すること。
• 2つの主系列星を有する分離型連星が、形成以来質量転送を明確に除外できる唯一の明確なシステムであることを示すこと。
• 直接測定が可能な特性ゆえに、こうした連星を単一星モデルの最適なテストケースとして推奨すること。
• 同伴星のない単一星が本質的に「真の単一星」であるという誤解に反論すること。多くの場合、こうした星は実際には強い相互作用の後に残った残骸である。

提案手法

• ローブ・オーバーフロー、質量および角運動量移動、回転効果の最新の取り扱いを備えた高速連星進化コードを用いる。
• STARSおよびBECの詳細な連星進化モデルを基準としてコードをキャリブレーションし、質量転送および軌道進化のシミュレーションの正確性を保証する。
• 初期質量がそれぞれ20および15太陽質量の質量の大きな連星の進化シーケンスを、初期軌道周期を変化させて分析し、異なる相互作用領域を探索する。
• ローブ・ローブオーバーフローと質量転移の歴史に基づき、事前相互作用、準分離型、および相互作用後段階のシステムに分類する。
• 質量転送が形成以来明確に除外できる唯一のシステムとして、分離型主系列星連星に焦点を当てる。
• こうした連星から得られる質量、半径、光度の直接測定値を活用し、単一星モデルの予測を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの主系列星を有する分離型連星は、強い連星相互作用を経験したことがない星を特定するのに利用可能か？
• RQ2 多くの観測された単一星が、顕著な連星相互作用を経験したにもかかわらず、なぜ単一に見えるのか？
• RQ3 連星相互作用（特に質量転送）は、同伴星の検出可能性と観測可能性にどのように影響するか？
• RQ4 供給星がスチールされたり、システムが破壊された後の後期相互作用系の観測的特徴は何か？
• RQ5 検出された連星を単一星モデルのテストから除外するのはなぜ非効率的であり、よりクリーンなキャリブレーションを保証する代替手法は何か？

主な発見

• 2つの主系列星を有する分離型連星は、形成以来質量転送を明確に除外できる唯一のシステムであり、単一星モデルのテストに最適である。
• 連星相互作用を経験した星は、質量転送によって供給星の明るさが低下し、軌道が広がるため、検出が困難になり、しばしば単一星に見える。
• ヘリウム星がスチールされた、または中性子星を同伴とするような後期相互作用系は、超新星爆発や質量放出後に単一星として見えることが多く、誤った単一星分類を引き起こす。
• ヘリウム星がスチールされた状態の後期相互作用段階は、主系列星の寿命の10分の1以上にわたって続くことがあるが、こうした質量の大きなシステムは観測されていない。これは観測上の挑戦による可能性が大きい。
• 質量転送を伴う準分離型連星は、食の有無や径速度変動によって検出可能ではあるが、進行中の相互作用のため、単一星物理学のテストには適さない。
• 分離型連星における質量、半径、光度といった基本的パラメータの直接測定値は、単一星進化モデルに対する最も厳しいテストを提供する。