[論文レビュー] The hot subdwarf B + white dwarf binary KPD 1930+2752 - a Supernova Type Ia progenitor candidate

S. Geier, S. Neßlinger+4 more|ArXiv.org|Sep 27, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 40被引用数 80

ひとこと要約

本研究は、高精度な分光測定と光度測定を組み合わせることで、KPD 1930+2752 が 0.45–0.52 M⊙ のホット亜水平星の質量を正確に測定し、系全体の質量（1.36–1.48 M⊙）と軌道傾き（80°）を制約した。この質量はチャンドラセカール限界を超えており、浅い食を示唆する。結果は、白色矮星の伴星と合体起源による将来の Ia 型超新星の可能性を強く支持する。

ABSTRACT

The nature of the progenitors of type Ia supernovae is still under controversial debate. KPD 1930+2752 is one of the best SN Ia progenitor candidates known today. The object is a double degenerate system consisting of a subluminous B star (sdB) and a massive white dwarf (WD). Maxted et al. (2000) conclude that the system mass exceeds the Chandrasekhar mass. This conclusion, however, rests on the assumption that the sdB mass is 0.5 Mo. However, recent binary population synthesis calculations suggest that the mass of an sdB star may range from 0.3 Mo to more than 0.7 Mo. It is therefore important to measure the mass of the sdB star simultaneously with that of the white dwarf. Since the rotation of the sdB star is tidally locked to the orbit the inclination of the system can be constrained if the sdB radius and the projected rotational velocity can be measured with high precision. An analysis of the ellipsoidal variations in the light curve allows to tighten the constraints derived from spectroscopy. We derive the mass-radius relation for the sdB star from a quantitative spectral analysis of 150 low-resolution spectra. The projected rotational velocity is determined for the first time from 200 high-resolution spectra. In addition a reanalysis of the published light curve is performed. The atmospheric and orbital parameters are measured with unprecedented accuracy. In particular the projected rotational velocity is determined. A neutron star companion can be ruled out and the mass of the sdB is limited between 0.45 Mo and 0.52 Mo. The total mass of the system ranges from 1.36 Mo to 1.48 Mo and hence is likely to exceed the Chandrasekhar mass. So KPD 1930+2752 qualifies as an excellent double degenerate supernova Ia progenitor candidate.

研究の動機と目的

• ホット亜水平星の質量を高精度で特定すること。その値は、系全体の質量と残渣候補としての妥当性に強く影響する。
• 分光測定による投影回転速度の測定と光度曲線解析を組み合わせ、軌道傾きおよび系のパラメータを制約すること。
• 系全体の質量がチャンドラセカール限界を超えるかどうかをテストすること。これは、二重白色矮星 SN Ia 残渣候補の重要な条件である。
• 分光的および光度的制約を統合することで、中性子星の伴星が除外されるかどうかを検証すること。
• この良好に制約された連星系を用いて、亜水平星モデルの振動理論的校正の可能性を評価すること。

提案手法

• 金属豊富でライン遮蔽のある LTE および NLTE モデル大気を用いて、150 枚の低分解能スペクトルの定量的スペクトル解析を実施し、大気パラメータおよび亜水平星の質量を導出する。
• Keck I 10 m および ESO-VLT 8.2 m テレスコープを用いて取得した 200 枚の高分解能スペクトルから、投影回転速度（v sin i）を測定した。
• 既存の光度曲線を再分析し、楕円形変光および食の特徴を検出することで、軌道傾きおよび系の幾何的構造に対する制約を強化した。
• 分光的質量-傾き関係と光度曲線フィットを組み合わせ、デゲネラシーを解消し、亜水平星質量および系全体質量の範囲を狭めた。
• カイ二乗最小化を用いて、パラメータ空間における光度曲線フィットの品質を評価し、高精度な最良適合モデルを同定した。
• 連星系の人口合成モデルからの制約を用いて、亜水平星の質量範囲の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KPD 1930+2752 のホット亜水平星の正確な質量は何か？ その値は、系全体の質量と残渣候補としての妥当性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 観測された投影回転速度および光度曲線の変動は、高い軌道傾き（浅い食を伴う）を示唆するか？
• RQ3 系全体の質量がチャンドラセカール限界を超えるか？ これにより、二重白色矮星 SN Ia 残渣候補としての妥当性が確認されるか？
• RQ4 分光的および光度的制約を統合することで、中性子星の伴星は除外されるか？
• RQ5 この系は、正確に測定された質量および振動特性を有するため、振動理論的校正のための標準的ターゲットとして機能できるか？

主な発見

• 亜水平星の投影回転速度は v sin i = 92.3 ± 1.5 km s⁻¹ と測定され、潮汐ロックに起因する高速回転と整合的である。
• 分光的および光度的解析を統合した結果、亜水平星の質量は 0.45–0.52 M⊙ に制約され、標準的な 0.5 M⊙ に近い最良推定値が得られた。
• 系全体の質量は 1.36–1.48 M⊙ と推定され、チャンドラセカール限界を超えており、二重白色矮星 SN Ia 残渣候補のシナリオを支持する。
• 軌道傾きは 80° に特定され、光度曲線に観測された弱く浅い食の特徴と整合的である。
• 中性子星の伴星は、観測された光度曲線の形状および分光的制約から除外された。
• この系は、SN Ia 残渣候補としての基準を満たす二重白色矮星連星のうち、唯一2つに数えられる。合体時間尺度は約 2×10⁸ yr である。