[論文レビュー] Binaries discovered by the SPY survey VI. Discovery of a low mass companion to the hot subluminous planetary nebula central star EGB\,5 - A recently ejected common envelope?

S. Geier, R. Napiwotzki+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、明るい惑星状星雲の中心星である、高温の亜水平星B型星EGB 5の周りを16.5日周期で回る低質量連星（M₂ > 0.14 M☉）の発見を報告している。この系は共通エンVELOPEの排出によって形成された可能性が高く、星雲はその排出されたエンVELOPEの残骸であると考えられ、二重星進化のこの poorly understood 阶段を直接的に探る稀な証拠を提供する。

ABSTRACT

Hot subdwarf B stars (sdBs) in close binary systems are assumed to be formed via common envelope ejection. According to theoretical models, the amount of energy and angular momentum deposited in the common envelope scales with the mass of the companion. That low mass companions near or below the core hydrogen-burning limit are able to trigger the ejection of this envelope is well known. The currently known systems have very short periods $\simeq0.1-0.3\,{ m d}$. Here we report the discovery of a low mass companion ($M_{ m 2}>0.14\,M_{ m \odot}$) orbiting the sdB star and central star of a planetary nebula EGB\,5 with an orbital period of $16.5\,{ m d}$ at a minimum separation of $23\,R_{ m \odot}$. Its long period is only just consistent with the energy balance prescription of the common envelope. The marked difference between the short and long period systems will provide strong constraints on the common envelope phase, in particular if the masses of the sdB stars can be measured accurately. Due to selection effects, the fraction of sdBs with low mass companions and similar or longer periods may be quite high. Low mass stellar and substellar companions may therefore play a significant role for the still unclear formation of hot subdwarf stars. Furthermore, the nebula around EGB\,5 may be the remnant of the ejected common envelope making this binary a unique system to study this short und poorly understood phase of binary evolution.

研究の動機と目的

• 高温の亜水平星B型星の形成メカニズムを調査すること、特に二重星系における共通エンVELOPE排出の役割を明らかにすること。
• 長期間の軌道周期を持つ系においても、低質量連星が共通エンVELOPE排出を引き起こす可能性があるかどうかを特定すること。
• EGB 5のまばらな星雲が、排出された共通エンVELOPEの残骸であるかどうかを評価し、この段階の直接的観測的証拠を提供すること。
• 理論的モデルと比較して、軌道パラメータと連星質量をもとに、共通エンVELOPE排出の効率を制約すること。
• 長期間のsdB連星を検出する際の選択バイアスを評価し、そのような系の真の頻度に与える影響を検討すること。

提案手法

• UVESを用いた高分解能分光法と、他の機器（ISIS、TWIN）を用いた、sdB主星の径速度変動の測定。
• 複数の観測エポックにおける径速度曲線から得られた軌道解法により、周期が16.537日、最小連星質量が0.14 M☉であることが判明。
• 高分解能分光法を用いてEGB 5の大気パラメータを精緻化し、ヘリウムが核融合しているsdB星（T_eff = 34,000 ± 400 K、log g = 5.85 ± 0.05）としての分類を確認。
• 巨星の前身星の結合エネルギーと比較して、共通エンVELOPE排出の妥当性を検証するための軌道エネルギー変化の評価。
• エネルギー収支の原理に基づき、連星が飲み込まれて内側へ沈下したと仮定して、共通エンVELOPE排出効率（α）の理論的モデリング。
• 先行研究（Frew et al. 2010）に基づき、星雲の形状および運動学的性質を分析して、それが惑星状星雲かストルムグレン領域かを検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 16.5日周期の低質量連星（M₂ > 0.14 M☉）が、理論的エネルギー収支モデルに整合する形で共通エンVELOPE排出を引き起こす可能性があるか？
• RQ2 EGB 5を取り巻くまばらな星雲が、排出された共通エンVELOPEの残骸であるとされ、この形成段階の直接的証拠を提供するか？
• RQ3 EGB 5のような長周期系が、通常の短周期sdB+dM連星（0.1–0.3 d）と異なる理由は何か？ これは共通エンVELOPE排出効率に何を示唆するか？
• RQ4 選択バイアスがsdB連星の観測周期分布に与える影響は何か？ また、周期が≥10 dの低質量連星を有するsdB星の割合はどの程度か？
• RQ5 理論的モデルが示唆するように、低質量連星は内向きのスパイラルに要する時間が長いため、共通エンVELOPE排出効率（α）が高くなるのか？

主な発見

• EGB 5の周囲に、M₂ > 0.14 M☉の低質量連星が16.537日周期の軌道を描いていることが発見され、これは確認済みの低質量連星を有するsdB連星の中で最も長い周期のものである。
• 軌道エネルギーの変化は、共通エンVELOPEを排出するのにちょうど十分な大きさであり、共通エンVELOPE排出の理論的エネルギー収支の条件の限界に位置している。
• EGB 5の星雲は、排出された共通エンVELOPEの残骸である可能性が高く、この系は共通エンVELOPE段階を直接観測的に探る稀な例である。
• この系の長周期と低質量連星は、通常のsdB+dM連星（0.1–0.3 d）とは著しく対照的であり、観測バイアスのためこのような系が低く見積もられている可能性を示唆している。
• 連星の質量と軌道周期から、共通エンVELOPE排出効率（α）が高く、より質量の大きな連星よりも高い可能性があることが示され、理論的予測である低質量連星の効率向上を支持する。
• この発見は、低質量連星がsdB星形成において重要な役割を果たしている可能性を示唆し、特に長周期系では、このような連星を有するsdB星の真の割合が非常に高い可能性がある。