[論文レビュー] Hot subdwarf stars in close-up view - II. Rotational properties of single and wide binary subdwarf B stars

S. Geier, U. Heber|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用数 35

ひとこと要約

本研究は、高分解能分光法を用いて105個の単星および広い連星の亜水平超巨星B型星（sdB）の回転特性を分析し、投影回転速度（v sin i）を測定した。すべての星がゆっくり回転する（v sin i < 10 km s⁻¹）ことが判明し、単星、広い連星、および長周期の近接連星の間で回転分布に差異が認められない。この一貫性は、現在の形成理論、特にヘリウム白色矮星合体によって生じる高速回転星の予測される高頻度と矛盾する。

ABSTRACT

Subluminous B stars (sdBs) form the extremely hot end of the horizontal branch and are therefore related to the blue horizontal branch (BHB) stars. While the rotational properties of BHB stars have been investigated extensively, studies of sdB stars have concentrated on close binaries that are influenced by tidal interactions between their components. Here we present a study of 105 sdB stars, which are either single stars or in wide binaries where tidal effects become negligible. The projected rotational velocities have been determined by measuring the broadening of metal lines using high-resolution optical spectra. All stars in our sample are slow rotators (${v_{ m rot}\sin{i}}&lt;10\,{ m km\,s^{-1}}$). Furthermore, the $v_{ m rot}\sin{i}$-distributions of single sdBs are similar to those of hot subdwarfs in wide binaries with main-sequence companions as well as close binary systems with unseen companions and periods exceeding $\simeq1.2\,{ m d}$. We show that blue horizontal and extreme horizontal branch stars are also related in terms of surface rotation and angular momentum. Hot blue horizontal branch stars ($T_{ m eff}&gt;11\,500\,{ m K}$) with diffusion-dominated atmospheres are slow rotators like the hot subdwarf stars located on the extreme horizontal branch, which lost more envelope and therefore angular momentum in the red-giant phase. The uniform rotation distributions of single and wide binary sdBs pose a challenge to our understanding of hot subdwarf formation. Especially the high fraction of helium white dwarf mergers predicted by theory seems to be inconsistent with the results presented here.

研究の動機と目的

• 単星および広い連星の亜水平超巨星B型星（sdB）の回転特性を調査すること。ただし、潮汐効果は無視できるものとする。
• 単星のsdBと広い連星および近接連星系の回転分布を比較し、形成モデルを検証すること。
• 観測された回転特性が理論的形成経路、特にヘリウム白色矮星合体と整合するかどうかを評価すること。
• 角運動量と回転の観点から、sdB星と青水平分岐（BHB）星との関連を検討すること。
• 観測されたsdB星の遅い回転が、二重星進化モデルの予測と矛盾するかどうかを特定すること。

提案手法

• パラナル、ラ・シルヤ、カラホ、ケック、およびホッビー＝エーバリー望遠鏡で観測された高分解能光学分光法を用いた。
• 星のスペクトル中の金属吸収線の幅の広がりを分析することで、投影回転速度（v sin i）を測定した。
• サンプルには105個のsdB星が含まれる：単星57個、主系列星を伴う広い連星40個、1.2 dより長い軌道を持つ不明な伴星を有する8系統。
• スペクトルフィッティングの標準的手法を用いてv sin iを導出し、線幅フィッティングからの不確実性を推定した。
• 単星、広い連星、長周期近接連星の各サブグループ間で回転分布を比較した。
• 特にヘリウム白色矮星合体シナリオと共通包放出経路を含むsdB形成理論的モデルと結果を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単星および広い連星の亜水平超巨星B型星は主にゆっくり回転しており、近接連星系の回転分布と比較してどう異なるか？
• RQ2 観測されたsdB星の回転特性は、理論的モデルで予測されるヘリウム白色矮星合体の高頻度を支持するか、あるいは矛盾するか？
• RQ3 ホットな亜水平超巨星B型星と青水平分岐（BHB）星との間に運動学的または回転的関連性があるか？
• RQ4 広い連星のsdB星の回転分布は、単星のsdB星および長周期近接連星のものと比較してどう異なるか？
• RQ5 ホットなBHB星の拡散支配的大気は、sdB星と同様に遅い回転と相関するか？

主な発見

• サンプルに含まれる105個の星すべてがゆっくり回転しており、投影回転速度（v sin i）は10 km s⁻¹未満である。
• 単星のsdB星のv sin i分布は、主系列星を伴う広い連星のsdB星および周期が約1.2 dを超える近接連星のものと統計的に区別できない。
• 拡散支配的大気を有する青水平分岐星（T eff > 11,500 K）も、極端な水平分岐（EHB）sdB星と同様にゆっくり回転している。
• 異なるsdBサブパopulation間で回転分布が一貫していることは、共通の角運動量進化が起こっている可能性を示唆しており、赤巨星段階でのエンVELOPの強化された損失がその原因である可能性が高い。
• 理論的モデルで予測されるヘリウム白色矮星合体の高頻度は、観測されたゆっくり回転と矛盾しており、このような合体は高速回転星を生成すべきである。
• 結果は、sdB形成における合体チャネルの優位性を疑問視するものであり、安定的ローチューブオーバーフローまたは共通包放出といった代替機構がより一般的である可能性を示唆している。