[論文レビュー] Luminosity function suggests up to 100 white dwarfs within 20 pc may be hiding in multiple systems

Boaz Katz, Subo Dong+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、主系列星の同伴星と高い対比を持つために、20 pc圏内に最大100個の白色矮星が観測バイアスによって検出されていない可能性があると主張している。近隣白色矮星の光度関数を用いて、理論的期待値と比較して、連星系における明るい白色矮星の不足が示され、太陽系近傍における白色矮星の真の密度は現在の観測値の2倍である可能性があると示している。

ABSTRACT

We examine the luminosity function of white dwarfs (WDs) in the local ``complete'' WD sample ($d<20$ pc) of Holberg et. al. 2008. We find that the fraction of bright and young WDs is anomalously high among the WDs detected in multiple systems with main sequence (MS) companions compared to that of the single WDs and theoretical expectations. This indicates a significant observation bias against finding relatively faint WDs in multiple systems. At the bright end ($M_V<11.5$), the amount of WDs with MS companions is approximately equal to that of single white dwarfs, indicating that $\gtrsim 50\%$ of WDs have MS companions, consistent with the high multiplicity fraction of early-type MS stars. If true, a significant fraction of WDs in multiple systems within 20 pc may have not been detected yet, and the number density of WDs in the solar neighborhood and elsewhere may be up to twice as much as presently believed.

研究の動機と目的

• 主系列星の高い多重性割合と白色矮星の低めの観測多重性割合との間の不一致を調査すること。
• 白色矮星の顕著な低多重性が、明るい主系列星の同伴星と高対比であるために、明るい白色矮星が見逃されやすい観測バイアスによるものかどうかを検証すること。
• 20 pc圏内の局所的白色矮星サンプルの完全性を評価し、光度関数の異常が集団推定値に与える影響を検討すること。
• 複数系における欠落している白色矮星の数を推定し、それに基づいて局所的白色矮星の数密度を再評価すること。

提案手法

• 20 pc圏内のホルバーグら（2008）のサンプルから得られた白色矮星の絶対視等級分布を分析し、主系列星の同伴星を持つ白色矮星と単独白色矮星を比較した。
• ウッド（1995）の冷却モデルを用いて、効用温度と表面重力からボロメトリック光度を導出し、冷却年齢を推定した。
• 過去30億年間にわたる一定の白色矮星形成率を仮定し、絶対等級と冷却年齢の経験的関係を用いて理論的光度関数を構築した。
• 光度関数モデルを用いて、単独および連星系における等級帯ごとの白色矮星の予想数を予測した。
• 理論的モデルのもとで、現在の明るい白色矮星の数が観測される確率を計算し、統計的有意性を検証した。
• 連星系における明るい白色矮星の欠落を根拠に、不完全性を推定し、欠落している白色矮星の数を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ、同程度の質量の主系列星と比較して、白色矮星の観測多重性割合は著しく低いのか？
• RQ2 白色矮星の顕著な低多重性の原因として、主系列星の同伴星との高対比による観測バイアスがどの程度影響しているのか？
• RQ3 複数系における白色矮星の光度関数は、冷却モデルに基づく理論的期待値とどのように異なるのか？
• RQ4 観測された光度関数の異常を踏まえると、20 pc圏内の複数系における検出されない白色矮星の数はどれほどになるか？
• RQ5 白色矮星サンプルの不完全性は、推定される局所的白色矮星数密度にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 主系列星の同伴星を持つ白色矮星の光度関数は、単独白色矮星や理論的期待値と比較して、明るさが低い白色矮星（MV > 11.5）が著しく不足している。
• 連星系における明るい白色矮星（MV < 11.5）の観測数（5個）は、一定の形成率と冷却モデルのもとで予想される数（1.0個）の5倍であり、この差がポisson揺らぎによる可能性はたった0.4%にとどまる。
• 複数系における白色矮星の観測光度関数は概ね一様であるが、冷却モデルに基づく期待関数は明るさが低い帯にピークを持つため、強い観測バイアスが存在することが示唆される。
• 分析の結果、高対比連星系における検出困難さのため、20 pc圏内に最大100個の白色矮星が現在の調査で見逃されている可能性があるとされた。
• 真の白色矮星集団が現在の観測数の2倍であるならば、局所的白色矮星数密度は現在の承認値の2倍にまで上昇する可能性がある。
• 20 pc圏内の白色矮星サンプルが80%の完全性を達成しているという主張に疑問を呈し、不完全性が顕著であり、主に主系列星の同伴星を持つ複数系における白色矮星の検出漏れによるものとされる。