[論文レビュー] The MUCHFUSS project - Searching for hot subdwarf binaries with massive unseen companions: Survey, target selection and atmospheric parameters

S. Geier, H. Hirsch+10 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Mar 21, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 74被引用数 60

ひとこと要約

MUCHFUSSプロジェクトは、SDSSデータからの径速度（RV）変動を用いて、質量の大きな見えない伴星を有するホットな亜水平星B（sdB）を同定する。高いRVシフトと短 timescale 変動を持つ星を選別することで、127個のRV変動性sdB連星を発見した。そのうち69個の星で大気パラメータが決定されており、白色矮星、中性子星、またはブラックホールのような質量の大きなコンact伴星を有する候補として極めて有望である。

ABSTRACT

The project Massive Unseen Companions to Hot Faint Underluminous Stars from SDSS (MUCHFUSS) aims at finding sdBs with compact companions like supermassive white dwarfs (M>1.0 Msun), neutron stars or black holes. The existence of such systems is predicted by binary evolution theory and recent discoveries indicate that they are likely to exist in our Galaxy. A determination of the orbital parameters is sufficient to put a lower limit on the companion mass by calculating the binary mass function. If this lower limit exceeds the Chandrasekhar mass and no sign of a companion is visible in the spectra, the existence of a massive compact companion is proven without the need for any additional assumptions. We identified about 1100 hot subdwarf stars from the SDSS by colour selection and visual inspection of their spectra. Stars with high velocities have been reobserved and individual SDSS spectra have been analysed. In total 127 radial velocity variable subdwarfs have been discovered. Binaries with high RV shifts and binaries with moderate shifts within short timespans have the highest probability of hosting massive compact companions. Atmospheric parameters of 69 hot subdwarfs in these binary systems have been determined by means of a quantitative spectral analysis. The atmospheric parameter distribution of the selected sample does not differ from previously studied samples of hot subdwarfs. The systems are considered the best candidates to search for massive compact companions by follow-up time resolved spectroscopy.

研究の動機と目的

• 白色矮星、中性子星、またはブラックホールのような質量の大きな見えない伴星を有する近接連星系にあるホットな亜水平星B（sdB）星を探索すること。
• 高い径速度（RV）シフトと短 timescale 変動を示す候補を特定することで、質量の大きなコンパクトな伴星を有する可能性の高い系を絞り込むこと。
• 選別された候補のための大気パラメータと集団所属（thin disk, thick disk, halo）を決定し、今後のスペクトロスコピー観測の適切さを評価すること。
• 共通エンvelopeの噴出や二重白色矮星合体によって形成される近接sdB系を予測する連星進化モデルを検証すること。
• 光度的特徴に依存せずに、質量の大きなコンパクトな伴星の存在を確認するための時間分解スペクトロスコピー観測に最適なターゲットを提供すること。

提案手法

• SDSSスペクトルの色選別と視認による約1100個のホットな亜水平星の同定。
• 薄いディスクのsdB連星を除くために、高速星を再観測の対象とし、厚いディスクやホール系に偏るサンプルを強化した。
• 個々のSDSSスペクトルを分析し、短 timescale（0.01–0.1 d）での径速度変動を検出することで、コンパクトな軌道を示す。
• 既知のsdB連星の性質と理論的予測に基づく数値シミュレーションを用いて、質量の大きなコンパクトな伴星を有する可能性の高いターゲットを優先順位付けした。
• 定量的スペクトル解析を実施し、69個の連星sdB星のための大気パラメータ（T_eff, log g, He含有量）を決定した。
• スペクトロスコピック距離と大気パラメータを組み合わせ、集団所属（薄いディスク、厚いディスク、ホール）を割り当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量の大きな見えない伴星（M > 1.0 M☉）を有する近接連星系にあるホットな亜水平星B星の割合はどの程度か？（白色矮星、中性子星、ブラックホールを含む。）
• RQ2 短 timescale（≤0.1 d）での径速度変動は、sdB系におけるコンパクトで質量の大きな伴星の信頼できる指標として用いられるか？
• RQ3 RV変動性sdB連星の大气パラメータ（T_eff, log g, He含有量）は、非変動性または以前に研究されたサンプルと比較してどのように異なるか？
• RQ4 観測された軌道的性質と質量関数の推定値は、共通エンベロープの噴出または二重白色矮星合体を含む連星進化モデルをどの程度支持するか？
• RQ5 高いRVシフトを示すsdB連星と中程度のシフトを示すものとの間に、集団所属（薄いディスク対、厚いディスク／ホール）に顕著な差が見られるか？

主な発見

• SDSSデータから合計127個の径速度変動性ホットな亜水平星B星が同定され、そのうち46個が顕著なRVシフトを示し、81個が短 timescale（0.01–0.1 d）での変動を示した。
• 高いRVシフトと短 timescale 変動を示す69個の連星のサンプルは、以前に研究されたsdB集団と一致する大気パラメータを示しており、サンプル選別の過程に顕著な選択バイアスがないことを示している。
• RV変動性を示すHe-sdO星の割合（130個中20個）は、SPY調査で得られた4％よりも顕著に高く、ホットな亜水平星O星の連星率がこれまで想定されていたよりも高い可能性を示唆している。
• 選別されたサンプルの大気パラメータ分布は、過去のサンプルと差がないため、ターゲット選別の手法が代表的であることを支持している。
• 同定された系は、二重質量関数を用いた質量の大きなコンパクトな伴星の存在を確認するための時間分解スペクトロスコピー観測に最適な候補とされる。
• 本プロジェクトは、4-mクラスの望遠鏡と中分解能スペクトログラフを用いた複数拠点のフォローアップキャンペーンを確立しており、初期の結果はGeier et al. (2011)で報告されている。