[論文レビュー] High Mass Black Holes in Soft X-Ray Transients: Gap in Black Hole Masses ?

G. E. Brown, C. H. Lee+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、質量の大きな星（数個の太陽質量）が、ヘリウム核燃焼後に共通エンVELOPの進化を経て水素エンVELOPが剥がれた状態で、低質量の主系列星と連星系を形成する場合に、高質量ブラックホールが形成されることを提案している。このモデルは、このような系が低質量ブラックホールを形成しないことにより、観測されたブラックホール質量ギャップを説明し、2–5太陽質量範囲における観測された希少性を自然に説明する。

ABSTRACT

We suggest that high-mass black holes; i.e., black holes of several solar masses, can be formed in binaries with low-mass main-sequence companions, provided that the hydrogen envelope of the massive star is removed in common envelope evolution which begins only after the massive star has finished He core burning. Our evolution scenario naturally explains the gap (low probability region) in the observed black hole masses.

研究の動機と目的

• 観測されたブラックホール質量ギャップ、特に2–5太陽質量範囲におけるブラックホールの不足を説明すること。
• ソフトX線トランジエント系における高質量ブラックホールの形成経路を調査すること。
• 共通エンVELOPの進化が二重星系におけるブラックホール質量分布に与える影響を調査すること。
• 質量ギャップが観測バイアスではなく、二重星進化における物理的制約に起因するかどうかを特定すること。

提案手法

• 質量の大きな星がヘリウム核燃焼を経てから共通エンVELOプの進化を開始する二重星進化のモデル化。
• ドナーが水素エンVELOPが剥がれた質量の大きな星である系に共通エンVELOプ形式主義を適用する。
• ヘリウム核燃焼後にのみエンVELOプの放出が起こると仮定することで、低質量ブラックホールの形成を防ぐ。
• ヘリウム核の質量とエンVELOプ放出の効率に基づいて、得られるブラックホール質量分布を計算する。
• 予測された質量分布をソフトX線トランジエント系における観測済みブラックホール質量と比較する。
• 角運動量と質量移動が最終的なブラックホール質量に与える役割を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低質量同伴星を伴う二重星系において、共通エンVELOプの進化が、低質量ブラックホールを形成せずに自然に高質量ブラックホールを生成できるか？
• RQ2 なぜ2–5太陽質量範囲にブラックホールが不足しているのか。これは形成の物理的要因によるものか、観測バイアスによるものか？
• RQ3 共通エンVELOプの開始時期—ヘリウム核燃焼後に—が、最終的なブラックホール質量を決定する上で重要な役割を果たすか？
• RQ4 ヘリウム核の質量が、このような系における最終的ブラックホール質量にどのように影響するか？
• RQ5 この形成シナリオは、ソフトX線トランジエント系の観測された性質を説明できるか？

主な発見

• このメカニズムによって形成されるブラックホールは、観測と整合する数個の太陽質量の範囲に位置することが予測される。
• ヘリウム核燃焼後に共通エンVELOプの放出が起こることで、低質量ブラックホールの形成が回避され、観測されたギャップが説明できる。
• 低質量主系列星を同伴とする系は、特定の進化的条件下でエンVELOプ放出が起こる場合、高質量ブラックホールの形成に適した環境である。
• このモデルは、観測選択効果を仮定せず、2–5太陽質量範囲のブラックホールの欠如を自然に説明する。
• このシナリオは、特にX線挙動と二重星の特徴に合致するソフトX線トランジエント系の観測的性質と整合する。
• この方法による高質量ブラックホールの形成は、中間質量ブラックホールの形成を避けるため、現在の観測制約と整合する。