[論文レビュー] Hot subdwarfs from the ESO Supernova Ia Progenitor Survey - I. Atmospheric parameters and cool companions of sdB stars

T. Lisker, U. Heber+5 more|ArXiv.org|Sep 6, 2004

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 31被引用数 81

ひとこと要約

本研究では、ESO Supernova Ia Progenitor Surveyから得られた76個の亜水平超巨星B型星（sdB）を、高分解能の光学スペクトルを用いて均質に分析し、局所熱平衡（LTE）および非局所熱平衡（NLTE）の合成スペクトルフィッティングにより大気温度（Teff）、重力加速度対数（log g）、ヘリウム質量関数を決定した。結果として、二重星系の進化シミュレーションモデルが観測されたTeff–log g分布を最もよく再現するが、光度関数には一致しないことが示され、sdB星形成メカニズムにおける共通エンvelopeの噴出効率および初期質量関数のモデル化の改善が求められることが示唆された。

ABSTRACT

We present the analysis of a high-resolution, high-quality sample of optical spectra for 76 subdwarf B (sdB) stars from the ESO Supernova Ia Progenitor Survey (SPY). Effective temperature, surface gravity, and photospheric helium abundance are determined simultaneously by fitting the profiles of hydrogen and helium lines using synthetic spectra calculated from LTE and NLTE model atmospheres. We perform a detailed comparison of our measurements with theoretical calculations, both for single star evolution and for binary population synthesis models of close binary evolution. The luminosity evolution given by the standard EHB evolutionary tracks from Dorman et al. (1993) shows an overall agreement in shape with our observations, although a constant offset in luminosity exists. The various simulation sets for binary formation channels of sdB stars calculated by Han et al. (2003) are compared individually to our data for testing our current understanding of sdB formation processes and the physical effects involved. The best-matching sets manage to reproduce the observed sdB distribution in the temperature-gravity-plane well. However, they do not match the observed cumulative luminosity function, indicating that theoretical improvement is necessary. We also investigate composite-spectrum objects showing clear signatures of a cool companion with optical and infrared photometry. These stars have cool main sequence companions of spectral types F to K. Typical helium abundances of composite and non-composite sdB stars do not differ.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、76個のsdB星の均質なサンプルから正確な大気パラメータ（Teff、log g、ヘリウム質量関数）を決定すること。
• 単一星および二重星系の進化シミュレーションモデルからの理論的進化軌道と、観測されたsdB星の性質の整合性を検証すること。
• 合成スペクトル解析および光度測定データを用いて、sdB系における低温の主系列星（F–K型）の存在と性質を調査すること。
• RLOF、共通エンvelopeの噴出、ヘリウム-ヘリウム合体などの異なる二重星形成チャネルが、観測されたsdB星集団に与える相対的寄与を評価すること。
• 現在の理論的モデルが、観測された光度関数およびTeff–log g平面における分布を再現できない限界を評価すること。

提案手法

• VLTを用いてパラナル観測所で、ESO SPY調査の76個のsdB星の高分解能・高S/N比の光学スペクトルを取得した。
• 水素およびヘリウムラインのプロファイルから、同時にTeff、log g、ヘリウム質量関数を導出するために、LTEおよびNLTEのモデル大気を用いた合成スペクトルフィッティングを実施した。
• 光学および赤外光度測定を実施し、合成スペクトルを持つ対象における低温の主系列星（F–K型）の同定および特徴付けを行った。
• 観測された大気パラメータおよび光度関数を、Dormanら（1993）の進化軌道およびHPMM（2003）の二重星系集団進化モデルの理論的進化軌道と比較した。
• 合成スペクトルを持つ星とそうでないsdB星の間でのヘリウム質量関数の観測値の整合性を評価し、選択バイアスの有無を検証した。
• 4つの片線スペクトルを持つsdB星における特異なHαプロファイルを分析し、星風や質量損失の兆候を探索した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的な単一星進化軌道は、Teff–log g平面における観測されたsdB星の分布をどの程度よく再現するか？
• RQ2 安定的RLOF、共通エンベロープの噴出、ヘリウム-ヘリウム合体などの二重星形成チャネルの中で、どのものが観測された大気パラメータ分布を最もよく再現するか？
• RQ3 観測されたsdB星の光度関数は、二重星系集団進化モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ4 冷却伴星を有するsdB星とないものとの間でヘリウム質量関数に系統的差異があるか。これは、選択バイアスの有無を示唆するか？
• RQ5 観測された性質は、共通エンベロープの噴出効率および初期質量分布の推定にどのような制限を課すか？

主な発見

• Dormanら（1993）の単一星進化軌道は、観測されたTeff–log g分布の形状と良好に一致するが、一定の光度オフセットを示している。
• HPMM（2003）の二重星系集団進化モデルは、共通エンベロープの噴出およびRLOFチャネルを考慮した場合、観測されたTeff–log g分布を最もよく再現する。
• 最もよく一致するシミュレーションセットは、観測された累積光度関数を再現できない。特に、100％の共通エンベロープ噴出効率を仮定したセット（3、9、12）は顕著に失敗している。
• 初期質量分布が相関のないものであるという仮定は、セット4、5、6がデータによって否定されたことから、反証の証拠がある。
• 合成スペクトルを持つ星とそうでないsdB星の間でヘリウム質量関数に顕著な差異は認められず、ヘリウム質量関数の測定に強い選択バイアスがないことが示唆された。
• 4つの片線スペクトルを持つsdB星は、特異なHαプロファイルを示しており、質量損失または星風活動の兆候を示唆しているが、明確な結論は得られていない。