[論文レビュー] Reconstructing the evolution of double helium white dwarfs: envelope loss without spiral-in

G. Nelemans, F. Verbunt+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 41

ひとこと要約

本稿では、スパイラルインを伴わない質量転送段階をモデル化することで、3つの二重ヘリウム白色矮星の進化を再構築し、初期二重星の角運動量の1.4〜1.7倍の比角運動量を伴うエンベロープの放出が起こることを提案する。主な結果は、標準的なスパイラルインまたは安定的質量転送モデルでは観測された軌道パラメータを説明できないことであり、代わりに角運動量輸送が強化されたエンベロープ損失——γ≈1.5でパラメータ化される——がデータを再現する。これは、最初の質量転送段階中に軌道が著しく収縮しなかったことを示唆する。

ABSTRACT

The unique core-mass - radius relation for giants with degenerate helium cores enables us to reconstruct the evolution of three observed double helium white dwarfs with known masses of both components. The last mass transfer phase in their evolution must have been a spiral-in. In the formalism proposed by Webbink (1984), we can constrain the efficiency of the deposition of orbital energy into the envelope to be $1 \la α\la 6$, for an envelope structure parameter $λ=0.5$. We find that the two standard mass transfer types (stable mass transfer and spiral-in) are both unable to explain the first phase of mass transfer for these three binaries. We use a parametric approach to describe mass transfer in low-mass binaries, where both stars are of comparable mass and find that the orbital characteristics of the observed double helium white dwarfs can be well reproduced if the envelope of the primary is lost with ~1.5 times the specific angular momentum of the initial binary. In this case no substantial spiral-in occurs.

研究の動機と目的

• 標準的な質量転送モデルでは再現できない、3つの二重ヘリウム白色矮星の観測された軌道パラメータおよび質量を説明すること。
• 低質量・類縁質量の二重星における最初の質量転送段階が、顕著な軌道収縮やスパイラルインを引き起こさない理由を調査すること。
• スパイラルイン力学を仮定せず、角運動量の強化された損失を伴うエンベロープ放出が、観測された系を再現できるかどうかを検証すること。
• 最終的スパイラルイン段階における軌道エネルギーの効率的配分（α）およびエンベロープ構造パラメータ（λ）を制約すること。
• 二重ヘリウム白色矮星系における最初の質量転送段階に、初期二重星の角運動量の1.4〜1.7倍の比角運動量を有するエンベロープ放出という、新しい物理的メカニズムを提唱すること。

提案手法

• 巨星が縮退的ヘリウムコアを持つ場合に特有のコア質量-半径関係を用い、観測された二重ヘリウム白色矮星の前身状態を再構築する。
• Webbink (1984) の形式を用いて最終的スパイラルイン段階をモデル化し、λ=0.5の条件下でエネルギー配分効率αを制約する。
• γ = (ΔJ/ΔM_tot) × (M_tot/J) を用いたパラメータ化された角運動量損失モデルを導入し、比角運動量が強化されたエンベロープ放出を記述する。
• 既知の質量および軌道周期を持つ観測系を分析し、一貫した進化をもたらすために必要なγ値を推定する。
• 複数の系における推定γ値を比較し、最初の質量転送段階にスパイラルインが不要であるという仮説の妥当性を検証する。
• 観測された白色矮星パラメータから逆方向に進化を計算し、初期二重星状態およびエンベロープ損失の特性を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ標準的な質量転送モデル（安定的転送およびスパイラルイン）では、観測された二重ヘリウム白色矮星の軌道パラメータを再現できないのか？
• RQ2 最初の質量転送段階中に顕著な軌道収縮が起こらない状況で、二重ヘリウム白色矮星の観測された質量および軌道周期を説明するメカニズムは何か？
• RQ3 観測された系を再現するために必要な放出エンベロープの比角運動量は何か？ そして、初期二重星の角運動量と比べてどうなるか？
• RQ4 エネルギー配分効率αおよびエンベロープ構造パラメータλの観点から、最終的スパイラルイン段階を制約できるか？
• RQ5 二重ヘリウム白色矮星における観測された質量比分布は、最初の質量転送段階に顕著なスパイラルインがなく、角運動量損失が強化された状況と整合するか？

主な発見

• 観測された3つの二重ヘリウム白色矮星における最終的質量転送段階は、スパイラルインでなければならない。λ=0.5の条件下でエネルギー配分効率αは1 ≤ α ≤ 6に制約される。
• 既知のすべての二重ヘリウム白色矮星の観測された軌道パラメータは、主星のエンベロープが初期二重星の角運動量の1.4〜1.7倍の比角運動量を伴って放出された場合に最もよく再現される。これは、スパイラルインが最小限に抑えられていることを示唆する。
• すべての観測系においてαλ ≈ 2が一貫して得られ、最終的スパイラルイン段階におけるエネルギー配分の効率が普遍的であることを示唆する。
• WD 0957-666は、現在の白色矮星がハイブリッド白色矮星である場合、αλ ≈ 2で形成された可能性があり、これは前身が非縮退的ヘリウム星であったことを示唆する。
• 低質量・類縁質量の二重星における最初の質量転送段階は、エンベロープがスパイラルインを伴わず放出される可能性が高く、これはエンベロープが同期回転しているため抵抗力が効果を発揮しないからである。
• 観測された系は、現在の白色矮星質量を生じさせるために、初期軌道が広い（25〜>500日）必要がある。これは、標準モデルでは質量が現在の推定値よりも著しく低い場合にのみ整合する。