[論文レビュー] Eccentric Orbits of close Companions to Asymptotic Giant Branch Stars

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、赤超巨星（AGB）星を含む近接連星系における高い軌道離心率（e ≲ 0.4）が、近日点通過時の質量放出の増幅によって潮汐的円形化を相殺することにより生じると提案する。このモデルは、赤い長方形のような星雲における軸対称性の崩れを説明でき、内側ディスク質量が不十分なために除外される外部ディスク機構とは対照的である。

ABSTRACT

I propose that the relatively high eccentricity found in some tidally strongly interacting binary systems, where the mass-losing star is an evolved giant star, e.g., an asymptotic giant branch star, is caused by an enhanced mass loss rate during periastron passages. Tidal interaction by itself will circularize the orbits of these systems in a relatively short time, hence a mechanism which increases the eccentricity on a shorter time scale is required. The proposed scenario predicts that the nebula formed by the mass loss process possesses a prominent departure from axisymmetrical structure. Such a departure is observed in the Red Rectangle, which has a central binary system, HD 44179, with an orbital period of 318 days, and an eccentricity of e=0.38.

研究の動機と目的

• 強い潮汐力が軌道を素早く円形化させるにもかかわらず、AGB星を含む潮汐的相互作用のある連星系で高い軌道離心率（e ≲ 0.4）が維持される理由を説明すること。
• 後AGB系において観測的に裏付けられていない大量の内側ディスクを必要とする、支配的とされる外部ディスク機構が、離心率励起を説明できるかを疑問視すること。
• 潮汐的円形化よりも短い timescale で離心率を増加させられる、近日点での質量放出の増幅という代替メカニズムを提案すること。
• 提案されたメカニズムを、赤い長方形のような明確な軸対称性の崩れを示す観測された非軸対称星雲と結びつけること。
• 検証可能な予測を提示すること：非軸対称な星雲を示す系は、特に質量放出が近日点に位相ロックされている場合、高い離心率を示すはずである。

提案手法

• Zahn (1977, 1989) の平衡潮汐モデルに基づく潮汐的円形化および同期化 timescale を用い、AGB星の構造に合わせた補正を施す。
• 非等方的質量放出による離心率変化の式を適用し、近日点での等方的質量放出の増幅が離心率を増加させることを示す。
• 標準パラメータを用いた円形化 timescale τ_circ ≈ 1.2×10⁴ yr の推定を行い、軌道を素早く円形化させるのに十分短いことを示す。
• Artymowicz & Lubow (1994) の外部ディスク機構と比較し、離心率を励起するには ~6a 内のディスク質量が必要であることを示す。
• 既知の系（例：HD 44179, 89 Herculis）における内側ディスク質量を評価し、10⁻⁴ M☉ 未満であることが判明し、ディスク相互作用による顕著な離心率増加は不可能であると結論する。
• 近日点での質量放出の増幅が、各サイクルで同じ軌道位相で発生するため、非軸対称な星雲を生じると予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一部の近接連星系において、強い潮汐的相互作用があるにもかかわらず、AGB星を含む系で高い軌道離心率（e ≲ 0.4）が維持されるのか？
• RQ2 観測されたディスク質量を考慮すると、外部ディスク機構は後AGB連星系の観測された離心率を説明できるのか？
• RQ3 近日点通過時の質量放出の増幅は、離心率励起のための妥当な代替メカニズムとなり得るか？
• RQ4 増幅された近日点質量放出モデルと外部ディスクモデルを区別する観測的兆候は何か？
• RQ5 なぜ一部の星雲、例えば赤い長方形は、軸対称性から著しく逸脱しているのか？

主な発見

• 典型的なAGB連星系における潮汐的円形化 timescale は短く（約10⁴ yr）、したがって離心率は急速に減衰するが、離心率を増加させるメカニズムがなければ、そのような状態は維持されない。
• 外部ディスク機構は、観測された系では、~6a 内の質量が <10⁻⁴ M☉ と低すぎるため、高い離心率を説明するのは不適切である。このため、離心率増加 timescale が極めて長くなる。
• 近日点での質量放出の増幅は、潮汐的円形化よりも短い timescale で離心率を増加させられ、高い e を維持するための妥当なメカニズムである。
• このモデルは、質量放出が近日点に位相ロックされているため、形成される星雲に顕著な軸対称性の崩れを予測する。
• 既に既知の離心率 e = 0.38 を示す非軸対称星雲を有する赤い長方形は、提案されたメカニズムに対する強い観測的支援を提供する。
• このモデルは、AFGL 4106 のような他の非軸対称星雲を有する系も、観測された軌道測定が得られれば、高い離心率を示すものであると予測する。