[論文レビュー] Binaries discovered by the MUCHFUSS project: SDSS J162256.66$+$473051.1 - An eclipsing subdwarf B binary with a brown dwarf companion

V. Schaffenroth, S. Geier+6 more|Data Archiving and Networked Services (DANS)|Feb 21, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用数 34

ひとこと要約

本論文では、MUCHFUSS調査を通じて特定された、褐色矮星を伴う食を示す低温度B型亜巨星二重星SDSS J162256.66+473051.1の発見を報告する。分光および光度的解析により、質量比q = 0.1325、公軌道周期0.0697日、同伴星質量0.064 M☉が得られ、これは褐色矮星として確認されたものであり、亜巨星星形成における共通エンvelopeの噴出を駆動できる準星的物体の存在を強く裏付けるものである。

ABSTRACT

Hot subdwarf B stars (sdBs) are core helium-burning stars located on the extreme horizontal branch. About half of the known sdB stars are found in close binaries. Their short orbital periods of 1.2 h to a few days suggest that they are post common-envelope systems. Eclipsing hot subdwarf binaries are rare, but important to determine the fundamental stellar parameters. Low-mass companions are identified by the reflection effect. In most cases the companion is a main sequence star near the stellar mass limit. Here we report the discovery of an eclipsing hot subdwarf binary SDSS J162256.66+473051.1 (J1622) of very short orbital period (0.0697 d), found in the course of the MUCHFUSS project. The lightcurve shows grazing eclipses and a prominent reflection effect. An analysis of the light- and radial velocity (RV) curves indicated a mass ratio of $q=$ 0.1325, an RV semiamplitude $K=47.2 m\,km\,s^{-1}$, and an inclination of $i=72.33^\circ$. We show that a companion mass of 0.064 $M_{ m \odot}$, well below the hydrogen-burning limit, is the most plausible solution, which implies a mass close to the canonical mass (0.47 $M_{ m \odot}$) of the sdB star. Therefore, the companion is a brown dwarf, which not only survived the engulfment by the red-giant envelope, but also triggered its ejection, and enabled the sdB star to form. The rotation of J1622 is expected to be tidally locked to the orbit. However, J1622 rotates too slowly ($v_{ m rot}=74.5\pm 7 m\,km\,s^{-1}$) to be synchronized, challenging tidal interaction models.

研究の動機と目的

• SDSSから得られた径速度変動を用いて、高温の亜巨星B星に付随するコン pact かつ高質量な同伴星を同定すること。
• 食を示す二重星SDSS J162256.66+473051.1における見えない同伴星の性質と質量を特定すること。
• 準星的同伴星が共通エンvelopeの噴出を駆動してsdB星を形成できるかどうかを検証し、標準的な二重星進化モデルに挑戦すること。
• 特にsdB主星の非同期的回転を含む、超短周期二重星における潮汐同期化を調査すること。
• 光度的および分光的データを用いて、両星の質量-半径関係および基本的パラメータを制約すること。

提案手法

• MUCHFUSSプロジェクトの光度曲線を用いて、SDSS J162256.66+473051.1における部分食および反射効果を検出する。
• 高分解能分光的径速度曲線を解析し、軌道半径振幅K = 47.2 km s⁻¹および質量比q = 0.1325を導出する。
• 低質量星および褐色矮星の理論的質量-半径関係を適用し、同伴星質量を0.055〜0.075 M☉の範囲に制約する。
• 高温の主星からの強い放射照射が同伴星の半径に与える影響を考慮し、照射による膨張を補正する。
• 光度曲線モデリングから得られた傾斜角i = 72.33°を用いて、系の幾何学的構造および軌道パラメータを推定する。
• 観測された自転周期（vsin i = 74.5 ± 7 km s⁻¹）と公軌道周期を比較することで、潮汐相互作用モデルを評価し、同期化の有無を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量が水素核融合の限界（0.08 M☉）未満である準星的同伴星が、共通エンvelopeの噴出を引き起こし、高温の亜巨星B星を形成できるか？
• RQ2 食を示す二重星SDSS J162256.66+473051.1における見えない同伴星の質量は何か？ これは褐色矮星の存在を確認するか？
• RQ3 公軌道周期が0.0697日であるにもかかわらず、潮汐ロックされた系に比べてsdB主星の自転が著しく遅いのはなぜか？
• RQ4 観測された自転周期と公軌道周期の比が0.607 ± 0.065であることは、2:3共振状態と整合的であり、このような配置が共通エンvelope段階を生き延びられるか？
• RQ5 今後の高分解能分光観測で、照射を受けた同伴星の大気からの発光線が検出可能か？ これにより、同伴星の性質が確認され、二重線分光二重星解析が可能になるか？

主な発見

• SDSS J162256.66+473051.1の同伴星の質量は0.064 M☉であり、水素核融合の限界を著しく下回っており、褐色矮星としての確認が得られた。
• 主星のsdB星の質量は、共通エンvelope進化後の理論的モデルに一致する標準的な値0.47 M☉に近い。
• この系は部分食と強い反射効果を示し、公軌道周期は0.0697日（1.67時間）であり、知られている最も短い周期の食を示すsdB二重星の一つである。
• sdB星の自転速度は74.5 ± 7 km s⁻¹であり、潮汐ロックされた系に期待される値よりも著しく遅く、標準的な潮汐相互作用モデルに挑戦する。
• 自転周期と公軌道周期の比は0.607 ± 0.065であり、2:3共振に近く、共通エンvelope段階を生き延びた可能性のある共振状態である可能性を示唆している。
• この系は若いと予想されないため、同期化が見られないことは、潮汐進化モデルの再評価、あるいは代替的な角運動量移動機構の検討を要することを示している。