[論文レビュー] Binaries discovered by the SPY project V. GD 687 - a massive double degenerate binary progenitor that will merge within a Hubble time

S. Geier, U. Heber+2 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Mar 22, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 37被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、熱い亜低重星B型星と見えない白色矮星同伴星を持つ質量の大きな二重白色矮星連星系GD 687を特定し、重力波放射による軌道減衰のため、約111億年以内に合体するものと判明した。この系の全質量は1.18 M☉に近いが、最大で1.4 M☉まで上昇しうるため、チャンドラセカール限界に近い位置にあり、超チャンドラセカール白色矮星または準チャンドラセカール型Ia超新星の極めて稀な前身星候補である。また、明白な白色矮星同伴星を有するsdB+WD系としては、世界で4例目であり、かつそのうちで最も質量の大きなものである。

ABSTRACT

Aims. The ESO SN Ia Progenitor Survey (SPY) aims at finding merging double degenerate binaries as candidates for supernova type Ia (SN Ia) explosions. A white dwarf merger has also been suggested to explain the formation of rare types of stars like R CrB, extreme helium or He sdO stars. Here we present the hot subdwarf B binary GD 687, which will merge in less than a Hubble time. Methods. The orbital parameters of the close binary have been determined from time resolved spectroscopy. Since GD 687 is a single-lined binary, the spectra contain only information about the subdwarf primary and its orbit. From high resolution spectra the projected rotational velocity was derived. Assuming orbital synchronisation, the inclination of the system and the mass of the unseen companion were constrained. Results. The derived inclination is $i=39.3^{+6.2}_{-5.6}\,^{\circ}$. The mass $M_{ m 2}=0.71_{-0.21}^{+0.22}\,M_{ m \odot}$ indicates that the companion must be a white dwarf, most likely of C/O composition. This is only the fourth case that an sdB companion has been proven to be a white dwarf unambiguously. Its mass is somewhat larger than the average white dwarf mass, but may be as high as $0.93\,M_{ m \odot}$ in which case the total mass of the system comes close to the Chandrasekhar limit. Conclusions. GD 687 will evolve into a double degenerate system and merge to form a rare supermassive white dwarf with a mass in excess of solar. A death in a sub-Chandrasekhar supernova is also conceivable.

研究の動機と目的

• Ia超新星（SN Ia）の前身星としての可能性を有する質量の大きな二重白色矮星連星系を特定し、特徴づけること。
• 熱い亜低重星B型連星GD 687の軌道的・物理的パラメータ、特に見えない同伴星の質量と性質を特定すること。
• GD 687がハッブル時間以内に合体するか、および全質量がチャンドラセカール限界を超えるかどうかを評価し、超チャンドラセカール白色矮星または準チャンドラセカール型SN Iaの候補となるかを検討すること。
• 熱い亜低重星連星系における軌道同期の実証的証拠を提供し、同伴星質量を推定する際に用いられる仮定を支持すること。
• チャンドラセカール限界に近い全質量を持つ二重白色矮星系の集計を拡充し、SN Ia前身星モデルに寄与すること。

提案手法

• 時間分解能の高い高分解能分光法を用いて、GD 687に存在する単線スペクトルを示すsdB星の径速度変動を測定し、軌道パラメータを特定した。
• スペクトル線の幅拡張からsdB星の投影回転速度を導出し、軌道同期の仮定のもとで、系の軌道傾きを制約した。
• 得られた軌道傾きと径速度振幅を用いて質量関数を計算し、見えない同伴星の質量と軌道傾きを推定した。
• 軌道同期の仮定は、PG 0101+039 や Feige 48 といった同期系と比較し、ZAEHB上に位置する進化モデルと照らし合わせることで正当化された。
• 同伴星質量は $ M_2 = 0.71_{-0.21}^{+0.22} M_\bigodot $ と制限され、白色矮星であることが確認され、C/O組成である可能性が最も高い。
• 主星質量（0.50 M☉）と同伴星質量を組み合わせることで、全系質量を推定し、$ 1.18_{-0.21}^{+0.22} M_\bigodot $ が得られた。同伴星質量の可能性のある上限は0.93 M☉である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GD 687は白色矮星同伴星を有するか？その質量と組成は何か？
• RQ2 GD 687の軌道減衰は、ハッブル時間以内に合体を引き起こすか？
• RQ3 この系の全質量がチャンドラセカール限界を超える程度に十分か？その結果、超チャンドラセカール白色矮星または準チャンドラセカール型SN Iaの候補となるか？
• RQ4 GD 687の軌道周期と進化状態に基づいて、軌道同期が物理的に妥当とされるか？
• RQ5 GD 687は、質量および合体スケールタイムの観点で、他の既知の二重白色矮星系とどのように比較できるか？

主な発見

• GD 687の軌道傾きは $ i = 39.3^{+6.2}_{-5.6}^\textcircled{0} $ と制限され、軌道同期の仮定を支持する。
• 見えない同伴星の質量は $ M_2 = 0.71_{-0.21}^{+0.22} M_\bigodot $ であり、白色矮星であることが確認され、C/O組成である可能性が最も高い。
• 全系質量は $ 1.18_{-0.21}^{+0.22} M_\bigodot $ と推定され、同伴星質量の上限が0.93 M☉である可能性を考慮しても、チャンドラセカール限界に非常に近い。
• 合体スケールタイムは $ 11.1 \text{ Gyr} $ であり、ハッブル時間未満であるため、GD 687は宇宙の年齢のうちに合体することが確認された。
• これは、sdB星が白色矮星同伴星を有する系として、世界で4例目であり、かつその中で最も質量の大きなものである。
• この系は、超チャンドラセカール白色矮星または準チャンドラセカール型SN Iaの極めて稀な前身星候補であり、チャンドラセカール限界に近い質量の大きな二重白色矮星系の集積に貢献している。