[論文レビュー] The post-common-envelope binary central star of the planetary nebula PN G283.7-05.1: A possible post-red-giant-branch planetary nebula central star

David Jones, H. M. J. Boffin+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、惑星状星雲PN G283.7−05.1の共通エンvelope後の連星中心星を特定し、特徴づけた。5.9時間の軌道を有する放射加熱を受けるM型主系列星と、高温の準白色矮星を含むこの系は、中心星質量が約0.3–0.4 M⊙と低く、赤巨星分枝にまだいた状態で共通エンベロープの排出を経験したと考えられ、後期赤色巨星分枝の惑星状星雲中心星である稀な候補である。

ABSTRACT

We present the discovery and characterisation of the post-common-envelope central star system in the planetary nebula PN G283.7$-$05.1. Deep images taken as part of the POPIPlaN survey indicate that the nebula may possess a bipolar morphology similar to other post-common-envelope planetary nebulae. Simultaneous light and radial velocity curve modelling reveals the newly discovered binary system to comprise a highly-irradiated, M-type main-sequence star in a 5.9 hour orbit with a hot pre-white-dwarf. The nebular progenitor is found to have a particularly low mass of around 0.4 M$_\odot$, making PN G283.7$-$05.1 one of only a handful of candidate planetary nebulae to be the product of a common-envelope event while still on the red giant branch. Beyond its low mass, the model temperature, surface gravity and luminosity are all found to be consistent with the observed stellar and nebular spectra through comparison with model atmospheres and photoionisation modelling. However, the high temperature (T$_\mathrm{eff}\sim$95kK) and high luminosity of the central star of the nebula are not consistent with post-RGB evolutionary tracks.

研究の動機と目的

• 惑星状星雲PN G283.7−05.1の中心星系を特定・特徴づけ、複雑でおそらく双極的構造を示す兆候を有することを目的とする。
• 光曲線と径速度曲線の同時モデリングを通じて、連星系の軌道的および星のパラメータを特定することを目的とする。
• 導出された低中心星質量に基づき、星雲の前身が赤色巨星分枝にまだいた段階で共通エンベロープ段階を経験したかどうかを評価することを目的とする（後期赤色巨星分枝進化後）。
• 観測された星および星雲スペクトルが理論的モデル大気および光電離モデルと整合するかを評価することを目的とする。
• 標準的な後AGB進化軌道とは一致しない中心星質量（約0.3–0.4 M⊙）が示す進化的意味を評価することを目的とする。

提案手法

• ESO-NTTとEFOSC2を用いた深紫外画像撮影により、拡張した発光アークを伴う双極的構造に類似した星雲構造を明らかにした。
• ESO-VLTのFORS2を用いた同時多バンド光度測定（B, V, R, i）および径速度モニタリングにより、光曲線と径速度曲線を取得した。
• phoebe2コードを用いて光曲線と径速度曲線をモデリングし、放射加熱を受ける二次星の放射および日食深度を考慮した。
• 合成スペクトルとモデル大気を用いて、観測された星および星雲の発光線フラックス（[O iii]およびHα線を含む）を一致させた。
• 光電離モデリングにより星雲の物理的パラメータを制約し、予測された線フラックスと観測値を比較した。
• 合成赤化された視等級を用いて、Gaiaパラレルスおよび銀河構造と整合性があるかを評価し、距離を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PN G283.7−05.1の中心星は、赤色巨星分枝段階で形成された共通エンベロープ後の連星系と整合的か？
• RQ2 連星系の軌道的および星のパラメータ（質量、温度、半径）は何か？ また、それらは進化モデルとどのように比較されるか？
• RQ3 中心星の観測された高い有効温度（約95 kK）および明るさが、標準的な後AGB進化軌道と一致しないのはなぜか？
• RQ4 観測された星雲発光線フラックスは、導出された星のパラメータと整合する光電離モデルで再現可能か？
• RQ5 低中心星質量（約0.3–0.4 M⊙）は、共通エンベロープ排出メカニズムおよび前身星の進化経路にどのような意味を持つのか？

主な発見

• PN G283.7−05.1の中心星系は、5.9時間の軌道を有する共通エンベロープ後の連星であり、高温の準白色矮星と放射加熱を受けるM型主系列星から構成される。
• 放射加熱発光線が星の光中心から起因する場合、主星質量は0.34±0.05 M⊙である。一方、放射加熱表面の内側端点から起因する場合、0.42±0.05 M⊙である。
• 有効温度（約95 kK）および明るさが標準的な後AGB進化軌道と一致しないことから、後期赤色巨星分枝起源であると示唆される。
• Hαおよび[O iii]における拡張発光アークを伴う星雲の形状は、双極的構造を支持し、共通エンベロープによる形態形成と整合的である。
• 星雲発光線の光電離モデリングにより得られた物理的パラメータは、星のモデルと整合的であり、導出された系パラメータを支持する。
• 距離推定値（約9 kpc）はGaiaパラレルスとやや矛盾するが、星雲は約1 pcに広がっており、銀のサジタリウス腕とペルセウス腕の間にある。