[論文レビュー] Post-common-envelope binaries from SDSS. XIII: Mass dependencies of the orbital period distribution

M. Zorotovic, M. R. Schreiber+12 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 38

ひとこと要約

本研究は、スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）のデータから、共通エンvelope段階を経た二重星（PCEB）の軌道周期分布を分析し、ヘリウムコア（He-WD）および炭素/酸素コア（C/O-WD）の白色矮星を有する系に分類している。He-WD PCEBはC/O-WD PCEBと比較して顕著に短い中央値軌道周期（0.28日）を示す一方、最近の予測とは反対に、二次星質量が大きい系ほど共通エンvelope段階後の軌道周期が長くなる傾向が見られ、共通エンvelope進化の効率に関する新たな観測的制約を提供している。

ABSTRACT

Post-common-envelope binaries (PCEBs) consisting of a white dwarf (WD) and a main-sequence secondary star are ideal systems to constrain models of common-envelope (CE) evolution. Until very recently, observed samples of PCEBs have been too small to fully explore this potential, however the recently identified large and relatively homogenous sample of PCEBs from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) has significantly changed this situation. We here analyze the orbital period distributions of PCEBs containing He- and C/O-core WDs separately and investigate whether the orbital period of PCEBs is related to the masses of their stellar components. We performed standard statistical tests to compare the orbital period distributions and to determine the confidence levels of possible relations. The orbital periods of PCEBs containing He-core WDs are significantly shorter than those of PCEBs containing C/O-core WDs. While the He-core PCEB orbital period distribution has a median value of Porb ~ 0.28 d, the median orbital period for PCEBs containing C/O-core WDs is Porb ~ 0.57 d. We also find that systems containing more massive secondaries have longer post-CE orbital periods, in contradiction to recent predictions. Our observational results provide new constraints on theories of CE evolution. However we suggest future binary population models to take selection effects into account that still affect the current observed PCEB sample.

研究の動機と目的

• 共通エンvelope段階を経た二重星（PCEB）の軌道周期が、白色矮星または主系列星の二次星の質量と相関しているかどうかを調査すること。
• スローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）から得た大規模で一貫性のあるPCEBサンプルを用いて、共通エンvelope進化モデルの予測を検証すること。
• ヘリウムコアとC/Oコアの白色矮星を有するPCEBの間で、観測された周期分布に差があるかどうかを評価し、異なる前身進化経路が反映されているかどうかを検討すること。
• 観測された周期および質量データを用いて、共通エンvelope効率パラメータ（α_CE）が二重星パラメータに依存する可能性を同定すること。
• 現在のPCEBサンプルにおける選択効果を評価し、今後の観測的アプローチでCE進化に関する制約を強化するための提言を行うこと。

提案手法

• 著者らは、白色矮星コア組成に基づいてSDSS PCEBサンプルを二つのグループに分類した：ヘリウムコア（He-WD）とC/Oコア（C/O-WD）の白色矮星を有するもの。
• 二つのグループの軌道周期分布を比較するために、統計的仮説検定（コルモゴロフ・スミルノフ検定およびアンドラーゲン・ダーリング検定）を適用した。
• 非パラメトリック相関検定を用いて、共通エンvelope段階後の軌道周期と主系列星の二次星質量との相関を検討した。
• 観測バイアスを考慮するため、特に白色矮星質量と軌道周期に関するSDSS PCEBサンプルにおける選択効果に関する先行研究を参照した。
• 理論的解釈は、共通エンvelope進化のエネルギー予算モデルに基づき、標準的なα_CE形式を含んでいた。
• 再構成アルゴリズムを用いて、観測された系と整合するα_CE値の範囲を評価し、初期条件のデゲネラシーに起因する不確実性を認識した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘリウムコア白色矮星を有するPCEBとC/Oコア白色矮星を有するPCEBの間で、軌道周期分布に顕著な差があるか？
• RQ2 一部の共通エンvelope進化モデルが予測するように、PCEBの軌道周期は主系列星の二次星質量と相関しているか？
• RQ3 観測された周期分布は、定数の共通エンvelope効率パラメータ（α_CE）と整合しているか、それとも二重星パラメータに依存する可能性を示唆しているか？
• RQ4 現在のSDSS PCEBサンプルにおける選択効果が、軌道周期と星の質量との間の観測相関にどの程度影響を与えているか？
• RQ5 観測された傾向は、系に利用可能な軌道エネルギーで説明可能か、それとも共通エンvelope段階のより複雑な解釈を必要とするか？

主な発見

• ヘリウムコア白色矮星を有するPCEBの中央値軌道周期は0.28日であり、C/Oコア白色矮星を有するPCEBの0.57日と比べて顕著に短い。
• ヘリウムコアPCEBの軌道周期分布は短い周期でピークを示し、C/Oコア系とは異なる進化経路を示していることがわかる。
• 最近の理論的予測とは反対に、二次星質量が大きい系ほど共通エンvelope段階後の軌道周期が長くなる傾向が確認された。
• 現在のサンプルでは、二次星質量と軌道周期の間の傾向は頑健であるが、二次星質量の範囲が狭いため、統計的信頼性は制限されている。
• データは定数の共通エンvelope効率パラメータ（α_CE）と整合しているが、再構成アルゴリズムにより、各系に対して広範な初期条件の組み合わせが可能であることが示された。
• 著者らは、今後の二重星集団モデルが選択効果を詳細に組み込み、初期条件の全範囲を考慮することで、α_CEの依存性を適切に検証できるようになるべきだと結論づけた。