[論文レビュー] Post common envelope binaries from SDSS. XII: The orbital period distribution

A. Nebot Gómez-Morán, B. T. Gänsicke+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 73被引用数 69

ひとこと要約

本研究では、スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）の後期共通エンvelopeバイナリー（PCEB）の軌道周期分布を、追跡スペクトロスコピーとSDSSサブスぺクトルからの radial velocity 測定を用いて分析した。これにより、191個のPCEBが同定され、そのうち79個で軌道周期が測定された。バイアス補正された周期分布は約10.3時間でピークを示し、数日から数週間の範囲には顕著な集団が存在しない。これは、共通エンvelopeエネルギーパラメータ（α_CE）が低く、かつ初期スペクトル型の伴星に対して観測的選択バイアスがあることを示唆している。

ABSTRACT

The complexity of the common envelope phase and of magnetic stellar wind braking currently limits our understanding of close binary evolution. Because of their intrinsically simple structure, observational population studies of white dwarf plus main sequence (WDMS) binaries hold the potential to test theoretical models and constrain their parameters. The Sloan Digital Sky Survey (SDSS) has provided a large and homogeneously selected sample of WDMS binaries, which we are characterising in terms of orbital and stellar parameters. We have obtained radial velocity information for 385 WDMS binaries from follow-up spectroscopy, and for an additional 861 systems from the SDSS sub-spectra. Radial velocity variations identify 191 of these WDMS binaries as post common envelope binaries (PCEBs). Orbital periods of 58 PCEBs were subsequently measured, predominantly from time-resolved spectroscopy, bringing the total number of SDSS PCEBs with orbital parameters to 79. Observational biases inherent to this PCEB sample were evaluated through extensive Monte Carlo simulations. We find that 21-24% of all SDSS WDMS binaries have undergone common envelope evolution, which is in good agreement with published binary population models and high-resolution HST imaging of WDMS binaries unresolved from the ground. The bias corrected orbital period distribution of PCEBs ranges from 1.9 h to 4.3 d and follows approximately a normal distribution in log(Porb), peaking at ~10.3 h. There is no observational evidence for a significant population of PCEBs with periods in the range of days to weeks. The large and homogeneous sample of SDSS WDMS binaries provides the means to test fundamental predictions of binary population models, and hence to observationally constrain the evolution of all close compact binaries.

研究の動機と目的

• 大規模で均一なSDSS白色矮星-主系列星（WDMS）バイナリーのサンプルから、後期共通エンvelopeバイナリー（PCEB）の固有の軌道周期分布を特定すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いてSDSS PCEBサンプルの観測バイアスを補正し、信頼性の高い周期分布を導出すること。
• 理論的二重星集団合成モデルを、観測されたPCEBの性質と予測を比較することで、共通エンvelope段階の効率（α_CE）に関する検証を行うこと。
• 観測的選択バイアス、特に初期スペクトル型の主系列星伴星に対するバイアスが、観測されたPCEB周期分布に与える影響を評価すること。
• 大規模で分光的に確認されたサンプルを用いて、共通エンvelope段階と磁気ブレーキングの実証的制約を提供すること。

提案手法

• 385個のSDSS WDMSバイナリーの追跡スぺクトロスコピーと、追加の861系統のSDSSサブスぺクトルから、PCEBを同定するために径速度変動を測定した。
• 時間分解スペクトロスコピーを用いて58個のPCEBの軌道周期を決定し、周期が既知のSDSS PCEBの合計数を79個に増加させた。
• 検出限界、信噪比、伴星スペクトル型依存性を含む観測選択バイアスをモデル化するためにモンテカルロシミュレーションを用いた。
• 観測分布をシミュレートされた選択関数でデコンボリューションすることで、バイアス補正された軌道周期分布を導出した。
• 理論的モデルと観測された周期分布を比較し、共通エンvelopeエネルギー係数（α_CE）に関する制約を導出する。
• より質量の大きな伴星が共通エンvelope後の周期を長くするという予想の周期依存性を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バイアス補正を施した後、SDSSサンプル内の後期共通エンvelopeバイナリー（PCEB）の固有の軌道周期分布はどのようなものか？
• RQ2 なぜ観測サンプルに1日以上の周期を持つPCEBが存在しないのか？
• RQ3 特に初期スペクトル型の主系列星伴星に対する観測的選択バイアスが、観測されたPCEB周期分布にどの程度影響を与えているか？
• RQ4 観測された長期間系PCEBの不足は、共通エンvelopeエネルギー係数（α_CE）が低いことによって説明できるか？
• RQ5 理論的二重星集団合成モデルは、SDSS PCEBの観測された性質をどの程度うまく再現できるか？

主な発見

• M矮星伴星を有するSDSS WDMSバイナリーの21–24%が共通エンvelope進化を経験しており、理論的モデルとHST画像と整合的である。
• バイアス補正されたSDSS PCEBの周期分布は1.9時間から4.3日までで、log(P_orb)において正規分布に従い、約10.3時間でピークを示す。
• 数日から数週間の周期範囲には顕著なPCEB集団が存在せず、長期間系の著しい欠如が示された。
• 観測された長期間系PCEBの欠如は、観測バイアスのみではなく、共通エンvelopeエネルギー係数（α_CE）が低いことによるものであると最もよく説明できる。
• 初期スペクトル型の伴星に対する観測バイアスが、特に長期間範囲で観測された周期分布に寄与している。
• これらの結果は、SDSS WDMSサンプルの診断的潜在能力を十分に解き放つために、現行の最先端の二重星集団合成モデルに現実的な観測バイアスを組み込む必要があることを支持する。