[論文レビュー] The Physical Characteristics of Binary Central Stars of Planetary Nebulae

T. C. Hillwig|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2010

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、惑星状星雲の近接連星中心星（CSPNe）36個の物理的特徴を分析し、白色矮星を持つ後期共通包層連星（PCEBs）と比較している。1/4のCSPNeが楕円形変光または二重食を示しており、これは二重白色矮星（DD）系の強力な兆候である。これにより、CSPNeに存在する質量の大きなCO白色矮星の割合が、場のものよりも高いことが示唆され、CSPNeサンプルには進化の違いや観測バイアスが関与している可能性がある。

ABSTRACT

A number of efforts are underway to detect close binary stars in planetary nebulae. The primary goal of these studies is to determine the binary fraction of central stars. The next stage is a detailed analysis of the binaries to determine physical parameters for the systems. These analyses can be combined with population synthesis models, common envelope evolution models, and observed properties of nebulae to further understand the impact of binarity on PN formation. I discuss the sample of known close binary central stars in relation to other close binaries with a white dwarf, cataclysmic variables, supernova Ia progenitors, and double degenerate systems.

研究の動機と目的

• 既知の近接連星中心星（CSPNe）の物理的パラメータ、特に質量、公軌道周期、進化状態を特徴づけること。
• CSPNe連星の性質を、場の後期共通包層連星（PCEBs）と比較し、CSPNeが特異な進化的サブセットを形成しているかどうかを評価すること。
• CSPNeに含まれる二重白色矮星（DD）系の割合と性質を調査し、Ia型超新星の前身星モデルに与える含意を検討すること。
• 長周期系の検出における観測バイアスを評価し、現在のCSPNeサンプルの信頼性を検討すること。
• CSPNe連星の観測分布が、特に白色矮星の組成と公軌道周期分布の面で、場のPCEBsとは系統的に異なるかどうかを検証すること。

提案手法

• De Marcoら（2008）およびMiszalskiら（2009）のデータを基に、36個の既知の近接連星CSPNeのサンプルを収集。
• スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）のデータを用いて、CSPNeと場のPCEBsの公軌道周期分布を比較。特に白色矮星–主系列分離連星のデータを対象とする。
• 光曲線の光度変動解析により、楕円形変光や二重食系を特定。これらは二重白色矮星連星の強力な指標である。
• SDSSからの径速度変動データを用い、長周期系を検出。光度測定調査に比べてバイアスが小さい。
• 連星系を三つのカテゴリに分類：白色矮星–主系列分離、準接触（爆発的変星）、二重白色矮星。
• 観測されたCSPNeサンプルと既知の場のPCEBsおよびCVsを統計的に比較し、公軌道周期分布や進化経路の違いを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接連星CSPNeの公軌道周期分布は、白色矮星を持つ場の後期共通包層連星（PCEBs）と一致するか？
• RQ2 CSPNe連星のうち、二重白色矮星系はどの程度の割合を占めており、一般場の人口と比べてどう異なるか？
• RQ3 CSPNe連星の物理的特徴、特に白色矮星の質量と組成は、共通包層進化理論モデルと整合的か？
• RQ4 光度変動検出による観測バイアスが、CSPNeサンプルを短周期系に偏らせる程度はどの程度か？
• RQ5 CSPNe連星の観測特性は、特に炭素酸化物（CO）白色矮星とヘリウム白色矮星の割合に関して、場のPCEBsとは異なる進化経路または固有の集団バイアスを示唆するか？

主な発見

• 白色矮星–主系列分離CSPNeの公軌道周期分布は、場のPCEBsと良好に一致しており、両サンプルとも1日未塔の周期を持つ系が支配的である。
• CSPNeに10日周期に近い周期を持つものはわずか2個であり、長周期尾根の可能性は示唆されるが、サンプルサイズが小さいため、この差を明確に確認することはできない。
• CSPNeと爆発的変星（CVs）の公軌道周期分布には最小限の重複があり、重複はCVの周期ギャップの高周期端部でのみ発生しており、CSPNeの多くが接触系に直接進化しないことを示している。
• 既知の36個の近接連星CSPNeのうち1/4（9系統）が、楕円形変光またはほぼ等しい深さの二重食を示しており、これらは二重白色矮星系であると強く示唆される。
• 明確に同定されたDD CSPNeの全系が、ヘリウム白色矮星（M ≲ 0.46 M☉）ではあり得ない高い質量を持つことが判明。多くは炭素酸化物白色矮星と整合的であり、DD系に多数のヘリウム白色矮星が存在すると予測するモデルとは矛盾する。
• CSPNeにおけるDD系の観測割合（25％）は、Ia型超新星前身星調査で得られた場の白色矮星の15％よりも顕著に高い。これは、CSPNeが場のものとは異なる、質量的・CO豊富な二重白色矮星集団を有している可能性を示唆している。