[論文レビュー] Binaries discovered by the SPY project. II. HE 1414-0848: a double degenerate with a mass close to the Chandrasekhar limit

R. Napiwotzki, D. Koester+7 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Mar 9, 2002

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 17被引用数 35

ひとこと要約

本論文では、公転周期が12時間25分39秒、成分質量が0.55 M☉および0.71 M☉の二重白色矮星連星 HE 1414−0848 の発見を報告する。これにより、合計質量は1.26 M☉に達し、チャンドラセカール限界よりわずか10%未満である。ラジアル速度曲線と重力赤移の差を用いて、振幅比と赤移効果を組み合わせる新規手法により質量を導出し、これが最も質量の大きな既知の近接二重白色矮星系であることを確認した。しかしながら、質量が低すぎるため、Ia超新星の前身星とはなり得ない。

ABSTRACT

In the course of our search for double degenerate (DD) binaries as potential progenitors of type Ia supernovae with the UVES spectrograph at the ESO VLT (ESO SN Ia Progenitor surveY - SPY) we discovered that the white dwarf HE 1414-0848 is a double-lined DA+DA binary with an orbital period of P = 12h 25m 39s. Semi-amplitudes of 128km/s and 100km/s are derived for the individual components. The amplitude ratio and the measured difference in gravitational redshift is used to estimate the masses of the individual components: 0.55Msol and 0.71Msol. Hence the total mass of the HE 1414-0848 system is 1.26Msol, only 10% below the Chandrasekhar limit. The results of a model atmosphere analysis are consistent with our mass estimated from the orbit. Temperatures of the individual components are also determined. Possible scenarios for the formation of this system are discussed. The system will merge due to loss of angular momentum via gravitational wave radiation after two Hubble times. HE 1414-0848 does not qualify as a SN Ia progenitor, but it is the most massive close DD known today.

研究の動機と目的

• Ia超新星の前身候補とされる二重白色矮星連星（DD）を特定・特徴づけること。
• 高分解能分光法を用いて、HE 1414−0848の軌道パラメータおよび成分質量を同定すること。
• 合計質量と合体時定数に基づき、この系が実用的なSN Ia前身星として適しているかどうかを評価すること。
• 二重白色矮星形成・進化の理論的モデルと照らし合わせ、この系の性質を検証すること。

提案手法

• ESO VLTのUVES機器を用いた高分解能エッケル分光法により、HE 1414−0848の両成分のラジアル速度曲線を取得した。
• 2001年3月から4月にかけて取得した15枚のスペクトルから、ラジアル速度の振幅（128 km/s および 100 km/s）と公転周期（12時間25分39秒）を測定した。
• 質量半径関係を用い、振幅比と重力赤移差を組み合わせる新規手法を適用し、成分質量を導出した。
• 個々のスペクトル成分のモデル大気フィッティングにより、効果温度（Teff = 10800±550 K および 8900±550 K）を決定した。
• 導出された温度と質量に基づき、Wood（1995）の白色矮星冷却曲線を用いて冷却年齢を推定した。
• 観測された軌道的および質量パラメータを、理論的集団合成モデル（Nelemans et al. 2001）と比較し、形成シナリオを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重白色矮星連星 HE 1414−0848 の軌道パラメータおよび成分質量は何か？ また、これらはチャンドラセカール限界とどのように比較されるか？
• RQ2 二重線スペクトロスコピック連星における質量比と重力赤移差を用いて、光曲線モデルに依存せずに個々の成分質量を導出できるか？
• RQ3 合計質量と合体時定数を考慮すると、HE 1414−0848 は実用的なIa超新星前身星候補とみなせるか？
• RQ4 観測された系の性質は、AGB星における不安定な質量転送と共通エンvelope排出を経て形成される二重白色矮星の理論的予測とどのように一致するか？

主な発見

• HE 1414−0848 の公転周期は12時間25分39秒であり、両成分のラジアル速度半振幅はそれぞれ128 km/s および 100 km/s である。
• 成分質量はそれぞれ0.55±0.03 M☉および0.71±0.03 M☉であり、合計系質量は1.26±0.06 M☉に達する。これはチャンドラセカール限界よりわずか10%未満である。
• 成分の効果温度は、より質量の大きな方で10800±550 K、より小さな方で8900±550 K であり、冷却年齢はそれぞれ約1.2×10⁹年および1.0×10⁹年である。
• 重力波放射によるエネルギー損失により、この系は約240億年（2つのハッブル時間）以内に合体するが、合計質量がIa超新星の発火を引き起こすには不足している。
• 観測された質量比および軌道パラメータは、AGB星における不安定な質量転送と共通エンベロープ排出を経て形成される二重白色矮星の理論的モデルと整合的である。
• この系は、ラジアル速度調査で発見された中で最も質量の大きな近接二重白色矮星であり、また重力赤移と振幅比法を用いて成分質量を導出する初の例である。