[論文レビュー] NGC 1850 BH1 is another stripped-star binary masquerading as a black hole

Kareem El-Badry, Kevin B. Burdge|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 28被引用数 59

ひとこと要約

この論文は、以前は11 M⊙のブラックホール候補とされたNGC 1850 BH1が、実際には5.04日周期の軌道上に、低質量（約1 M⊙）のストリップド星と通常の主系列星（2.5–5 M⊙）を有する質量の大きな連星系であると主張している。この再解釈は、楕円体的変光と軌道周期から示唆される星の低密度に起因し、5 M⊙の準巨星である可能性を除外し、ブラックホールを仮定せずにこの系を説明可能であることを示している。

ABSTRACT

We show that the radial velocity-variable star in the black hole candidate NGC 1850 BH1 cannot be a normal $\approx 5\,M_{\odot}$ subgiant, as was proposed, but is an overluminous stripped-envelope star with mass $\approx 1 M_{\odot}$. The result follows directly from the star's observed radius and the orbital period -- density relation for Roche lobe-filling stars: the star's density, as constrained by the observed ellipsoidal variability, is too low for its mass to exceed $\approx 1.5\,M_{\odot}$. This lower mass significantly reduces the implied mass of the unseen companion and qualitative interpretation of the system, such that a normal main-sequence companion with mass $(2.5-5)\,M_{\odot}$ is fully consistent with the data. We explore evolutionary scenarios that could produce the binary using MESA and find that its properties can be matched by models in which a $\sim5\,M_{\odot}$ primary loses most of its envelope to a companion and is observed in a bloated state before contracting to become a core helium burning sdOB star. This is similar to the scenario proposed to explain the binaries LB-1 and HR 6819. Though it likely does not contain a black hole, NGC 1850 BH1 provides an interesting test case for binary evolution models, particularly given its membership in a cluster of known age.

研究の動機と目的

• NGC 1850 BH1の見えない伴星の性質を再評価し、以前に推定された11 M⊙のブラックホールであるという仮定を検証する。
• 観測された半径と軌道周期に基づいて、径速度可変星が通常の5 M⊙準巨星であるという仮定を検証する。
• 系の光度的および分光的データが、ブラックホールではなく通常の主系列星伴星と整合するかを評価する。
• 5.04日周期の連星系内で、ふくらんだ低質量のストリップド星を生成する進化経路を調査する。
• 集団の既知の年齢を用いて、供給星の初期質量を制約し、連星進化モデルを検証する。

提案手法

• ローチューブ満たし星の軌道周期–密度関係を適用し、楕円体的変光の振幅から供給星の密度を推定する。
• HST/WFC3の光度測定とMIST等年齢シーケンスを用い、減光と金属量を考慮して供給星の効果的温度、半径、質量を制約する。
• MESAを用いて系の進化をモデル化し、初期質量が4.8 M⊙と3 M⊙、初期周期が5日であるアルゴル型連星での質量移動をシミュレートする。
• 観測された軌道周期、供給星の半径、質量関数が通常の主系列星伴星と整合するかを検証する。
• 光度的および分光的測定に影響を与える未解像の明るい伴星の影響を評価する。
• NGC 1850 BH1の性質を、同様にブラックホール候補と誤認されたLB-1およびHR 6819と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1850 BH1の観測された径速度変動と楕円体的光曲線は、5 M⊙準巨星ではなく、低質量のストリップド星によって説明可能か？
• RQ2 ローチューブオーバーフローを仮定した場合、観測された半径と軌道周期から供給星の最大質量はどの程度か？
• RQ3 通常の主系列星伴星（2.5–5 M⊙）は、観測された質量関数、径速度振幅、X線放射の欠如と整合的か？
• RQ4 5日周期の連星系内で、ふくらんだ低質量ヘリウムコア星を生成する進化経路は何か？
• RQ5 なぜNGC 1850 BH1はLB-1 やHR 6819のような類縁系と同様に発光線を示さないのか？これは質量移動とスピンアップに関する何を示唆するか？

主な発見

• NGC 1850 BH1の供給星の半径は5.8 ± 0.3 R⊙であり、5 M⊙準巨星と整合しないほど低密度であることが示唆される。
• 半径と軌道周期に基づき、星の質量は約1 M⊙に制限され、通常の準巨星進化とは一致しない。
• 推定される伴星質量は(2.5–5) M⊙に低下し、これは通常の主系列星と完全に整合し、11 M⊙のブラックホールの可能性を除外する。
• MESAのシミュレーションは、4.8 M⊙の主系列星が保存的質量移動により大部分のエンvelopeを失い、ふくらんだ低質量ヘリウムコア星（sdOB）に進化することを示している。
• この系の性質は、LB-1 やHR 6819と同様の質量移動後連星状態で説明できるが、検出可能な円盤や発光線を有しない。
• X線放射の欠如は、質量吸収を行わない伴星と整合し、発光線の欠如はスピンアップが不十分または一時的な円盤による可能性を示唆する。