[論文レビュー] Hot Subdwarfs in Binaries as the Source of the Far-UV Excess in Elliptical Galaxies

Philipp Podsiadlowski, Zhanwen Han+2 more|ArXiv.org|Aug 5, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、楕円銀河における長年にわたって観測されていた遠紫外（far-UV）過剰の主な原因が、銀河内の二重星系による相互作用を経て形成されたホット・サブダイアグスターであると提唱している。銀河内ホット・サブダイアグスター系に校正された二重星系集団合成モデルを用いて、著者らは、このような星々が、若年星形成や年齢依存的プロセスを仮定しなくても、観測された遠紫外スペクトルおよび過剰を自然に再現できることを示している。さらに、紫外過剰は金属量に弱い依存性を示し、年齢の指標としては信頼できないと予測している。

ABSTRACT

The excess of far-ultraviolet (far-UV) radiation in elliptical galaxies has remained one of their most enduring puzzles. In contrast, the origin of old blue stars in the Milky Way, hot subdwarfs, is now reasonably well understood: they are hot stars that have lost their hydrogen envelopes by various binary interactions. Here, we review the main evolutionary channels that produce hot subdwarfs in the Galaxy and present the results of binary population synthesis simulations that reproduce the main properties of the Galactic hot-subdwarf population. Applying the same model to elliptical galaxies, we show how this model can explain the main observational properties of the far-UV excess, including the far-UV spectrum, without the need to invoke ad hoc physical processes. The model implies that the UV excess is not a sign of age, as has been postulated previously, and predicts that it should not be strongly dependent on the metallicity of the population.

研究の動機と目的

• 楕円銀河に長年観測されている遠紫外過剰という、古くからある謎を解明すること。これは、その銀河が予想される古く赤い星族と矛盾する。
• ミルキーウェイで知られているように、二重星系による相互作用を経て形成されるホット・サブダイアグスターが、楕円銀河の紫外過剰を説明できるかどうかを検証すること。
• 紫外過剰が最近の星形成の兆候であるのか、それとも進化した星族の固有の性質であるのかを特定すること。
• 二重星系進化モデルを用いて、紫外過剰が星族の年齢および金属量にどのように依存するかを評価すること。

提案手法

• 銀河内ホット・サブダイアグスター系に校正された二重星系集団合成モデルを、古く赤い星族を有する楕円銀河に適用するように適応した。
• 二重星系における共通エンvelope進化および安定的ローブ・オーバーフローを経てホット・サブダイアグスターが形成されることをシミュレートした。
• 二重星系相互作用によって生成されたホット・サブダイアグスターからの統合的遠紫外放射の大きさを計算し、合成集団の全紫外放射と比較した。
• 二重星系で形成されたホット・サブダイアグスターが占める紫外放射の割合を定量化するために、二重星寄与係数 $ b = F_{\rm b}/F_{\rm total} $ を定義した。
• 古星族（12 Gyr または 5 Gyr）とわずかに若い副星族の二つの星族モデルを用いて、紫外SEDの進化を模擬した。
• 観測されたSEDと比較するため、1075Å から 1750Å の波長範囲における遠紫外スペクトル指数 $ \beta_{\rm FUV} $ をフィッティングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重星系相互作用を経て形成されたホット・サブダイアグスターが、楕円銀河における遠紫外過剰を説明できるか？
• RQ2 楕円銀河における遠紫外過剰は、若年星族に起因するのか、それとも進化した星族のホット・サブダイアグスターに起因するのか？
• RQ3 星族の金属量に、紫外過剰はどの程度依存するか？
• RQ4 支配的古星族の年齢に伴い、紫外過剰は顕著に変化するか？
• RQ5 楕円銀河における全遠紫外放射のうち、どの程度が二重星系進化によって形成されたホット・サブダイアグスターに起因するか？

主な発見

• モデルは、$(1550-V)$ および $(2000-V)$ 色の両方において、観測された遠紫外過剰の範囲をうまく再現した。
• 遠紫外スペクトル指数 $ \beta_{\rm FUV} $ および紫外過剰は、星爆発後最初の1 Gyrの間に急速に変化し、その後安定化する。これは一時的ではあるが、長期間にわたる過剰であることを示している。
• 紫外過剰は、支配的古星族の年齢に強く依存しない。これは、過剰が最近の星形成を示すものではないという考えを覆すものである。
• モデルは、紫外過剰が金属量に弱い依存性を示すと予測している。これは、二重星系における外層の放出機構が金属量に敏感でないためである。
• 観測された楕円銀河の大多数が、二重星系で形成されたホット・サブダイアグスターが支配的である領域（$ b > 0.5 $）に位置しており、彼らが主な要因であるという主張を支持している。
• 質量比や質量移動の安定性といった二重星パラメータの変動に対してもモデルは頑健であるため、不確実性が存在しても結果の定性的な妥当性は保たれている。