[論文レビュー] Binary Planetary Nebulae Nuclei towards the Galactic Bulge. I. Sample Discovery, Period Distribution and Binary Fraction

B. Miszalski, A. Acker+3 more|ArXiv.org|Jan 28, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 81被引用数 120

ひとこと要約

本研究では、OGLE-III光度測定を用いて、銀河中心部に位置する21個の新しい周期的二重星中心星（CSPNe）を同定し、既知のサンプルを倍増させた。閉じた二重星の割合は12–21%であったが、これは過去の調査で得られた10–15%の推定値を、独立的かつ信頼性の高い方法で裏付けた初の結果である。また、二重星性が星雲の形状を決定づける主要因ではないことも示された。

ABSTRACT

Binarity has been hypothesised to play an important, if not ubiquitous, role in the formation of planetary nebulae (PNe). Yet there remains a severe paucity of known binary central stars required to test the binary hypothesis and to place strong constraints on the physics of the common-envelope (CE) phase of binary stellar evolution. Large photometric surveys offer an unrivalled opportunity to efficiently discover many binary central stars. We have combined photometry from the OGLE microlensing survey with the largest sample of PNe towards the Galactic Bulge to systematically search for new binaries. A total of 21 periodic binaries were found thereby more than doubling the known sample. The orbital period distribution was found to be best described by CE population synthesis models when no correlation between primary and secondary masses is assumed for the initial mass ratio distribution. A comparison with post-CE white dwarf binaries indicates both distributions are representative of the true post-CE period distribution with most binaries exhibiting periods less than one day. An estimated close binary fraction of 12--21% is derived and is the first robust and independent validation of the prevailing 10--15% fraction estimated by Bond (2000). This suggests that binarity is not a precondition for the formation of PNe and that close binaries do not play a dominant role in the shaping of nebular morphologies. Systematic effects and biases of the survey are discussed with implications for future photometric surveys.

研究の動機と目的

• 光度測定調査を用いて、銀河中心部の新しい二重星中心星のプランネト状星雲（CSPNe）を体系的に発見すること。
• 共通包進化後の二重星の軌道周期分布を特定し、人口合成モデルと比較すること。
• 過去の調査とは独立してCSPNeにおける閉じた二重星の割合を推定し、二重星性がプランネト状星雲の形状形成に果たす役割を検証すること。
• 光度測定調査における系統的バイアスを評価し、今後のCSPNe調査の設計に役立てる。

提案手法

• 最大の既存の銀河中心部のプランネト状星雲サンプルと、OGLE微小レンズ調査の光度曲線を統合した。
• 周期性検出アルゴリズムを適用し、食星や楕円形変光を示す光度曲線を同定した。
• 人口合成モデルを用いて、観測された周期分布と理論的予測を比較し、初期質量比分布およびα_CE効率に関する仮定を変化させた。
• 調査の完全性と選択効果を考慮した統計的分析により、閉じた二重星の割合を推定した。
• 既存の共通包進化後の白色矮星二重星の周期分布と照合することで、結果の妥当性を検証した。
• AAOmegaを用いた追加のスペクトル速度観測を実施し、光度測定による同定の妥当性を検証するとともに、調査バイアスを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共通包進化後のプランネト状星雲の中心星である二重星の真の軌道周期分布は何か？
• RQ2 CSPNeにおける信頼性の高い独立的推定値としての閉じた二重星の割合は何か？ また、過去の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 二重星相互作用が、特に双極的または非対称な形状の星雲を形成する上で、どの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 光度測定調査における選択効果が、二重星CSPNeの検出にどのように影響するか？ 今後の調査はどのように最適化できるか？
• RQ5 現在の共通包進化モデルで、主星と補助星の質量間に相関がないと仮定した場合、観測された周期分布を説明できるか？

主な発見

• 本研究では、銀河中心部に21個の新しい周期的二重星中心星のCSPNeを発見し、既存のサンプルを倍増させた。
• 初期質量比分布における主星と補助星の質量間に相関がないと仮定した場合、共通包進化人口合成モデルが観測された軌道周期分布を最もよく説明する。
• CSPNeにおける閉じた二重星の割合は12–21%と推定され、これは広く引用されているBond（2000）の10–15%という推定値を、独立的かつ信頼性の高い方法で裏付けた初の結果である。
• 本調査の共通包進化後の二重星の周期分布は、既知の共通包進化後の白色矮星二重星の周期分布と整合的であり、両サンプルとも真の下位分布を反映していると考えられる。
• 結果は、多くのプランネト状星雲が二重星進化によってのみ形成されるという仮説を支持しない。また、閉じた二重星が星雲形状の形成を支配しているという主張も裏付けられない。
• 光度測定調査における系統的バイアス（特に明るいPNeやフィールド密度効果）が特定され、VVVやSkyMapperのような今後の調査に影響を与えるものである。