[論文レビュー] Massive unseen companions to hot faint underluminous stars from SDSS (MUCHFUSS) - Analysis of seven close subdwarf B binaries

S. Geier, P. F. L. Maxted+13 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、MUCHFUSS調査から得られた7つの近接した亜水平枝B星（sdB）連星について、初めての分光的分析を実施し、径速度変動と軌道解を用いて、おそらく白色矮星であるとされる質量の大きな見えない伴星を同定した。対象選定法により、最小伴星質量が0.45 M☉を超える系が有意に抽出されており、質量の大きなコンパクトな伴星を持つ連星を効率的に発見する手法の有効性が裏付けられた。

ABSTRACT

The project Massive Unseen Companions to Hot Faint Underluminous Stars from SDSS (MUCHFUSS) aims at finding hot subdwarf stars with massive compact companions like massive white dwarfs (M > 1.0 Msun), neutron stars or stellar mass black holes. The existence of such systems is predicted by binary evolution theory and recent discoveries indicate that they exist in our Galaxy. First results are presented for seven close binary sdBs with short orbital periods ranging from 0.21 d to 1.5 d. The atmospheric parameters of all objects are compatible with core helium-burning stars. The companions are most likely white dwarfs. In one case the companion could be shown to be a white dwarf by the absence of light-curve variations. However, in most cases late type main sequence stars cannot be firmly excluded. Comparing our small sample with the known population of close sdB binaries we show that our target selection method aiming at massive companions is efficient. The minimum companion masses of all binaries in our sample are high compared to the reference sample of known sdB binaries.

研究の動機と目的

• 白色矮星、中性子星、ブラックホールなどの質量の大きなコンパクトな伴星を有する高温の亜水平枝B星を同定すること。
• SDSSデータに基づく対象選定法の有効性を検証し、質量の大きな伴星を持つ連星を分離できるかを検討すること。
• 複数の観測所での分光的追跡観測を用いて、近接sdB連星のサンプルの軌道パラメータと最小伴星質量を決定すること。
• 径速度曲線と光度測定の制約を用いて、見えない伴星の性質を評価すること。
• Ia超新星の前身星に至る連星進化の経路に関する理解を深めること。

提案手法

• La Silla、Paranal、Calar Alto、WHT、SOAR、Gemini、SAAOなど複数の観測所の2–4 mクラス望遠鏡から得られた分光データを用いた。
• 時間分解分光法を用いて、片線スペクトルsdB連星の径速度（RV）変動を測定した。
• 径速度曲線を用いて連星軌道を解き、連星質量関数と最小伴星質量を導出した。
• 大気パラメータ（Teff、log g）の分析を組み合わせ、sdB星が極端な水平枝に位置するヘリウム核燃焼星であることを確認した。
• 光度測定データを用いて、特に光曲線の変動が見られないことから、遅い主系列星の伴星を除外した。
• サンプルの軌道的および質量関数的性質を、既知のsdB連星全体の集団と比較することで、選定法の有効性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDSSで選別された対象に対する分光的追跡観測により、質量の大きな見えない伴星（M > 0.45 M☉）を近接sdB連星で同定できるか？
• RQ2 MUCHFUSSの対象選定法は、一般のsdB連星集団と比較して、最小質量が大きな伴星を持つ連星を効果的に分離できるか？
• RQ3 これらの系における見えない伴星の性質は何か—白色矮星、主系列星、または他のコンパクト天体か？
• RQ4 MUCHFUSSサンプルの軌道パラメータと質量関数は、既知のsdB連星とどのように異なるか？
• RQ5 光度測定による追跡観測は、光曲線変動が検出されない系において、白色矮星と遅い主系列星の伴星を区別するのに有効か？

主な発見

• 7つの近接sdB連星（軌道周期0.21 d～1.5 d）が成功裏に分析され、すべての系で連星運動に一致する径速度変動を示した。
• sdB星の大気パラメータは、極端な水平枝に位置するヘリウム核燃焼星と整合的であり、質量は約0.5 M☉であった。
• すべての系で最小伴星質量が0.45 M☉を超えており、いくつかの系では1.0 M☉に近いかそれを上回っており、質量の大きなコンパクトな伴星が存在することが示された。
• 1つの系では光曲線の変動が認められなかったため、伴星が白色矮星である可能性が強く支持され、遅い主系列星の可能性は除外された。
• サンプルの最小伴星質量は、既知のsdB連星集団の平均と比べて顕著に高く、MUCHFUSS選定法の有効性が裏付けられた。
• 光度測定の追跡観測により、大多数の系の伴星の性質が解明され、特に白色矮星と低質量主系列星の区別が期待される。