[論文レビュー] Triple common envelope evolution: Circumstellar triples

Hila Glanz, Hagai B. Perets|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、巨星の包層に小形の連星が飲み込まれる、環惑星三重連星における最初の流体力学的シミュレーションを提示する。TCE（三重共通包絡）は、内側連星からのエネルギー・運動量の抽出によって、遅い降下、強化された質量噴出、非球形の残骸をもたらし、連星の合体、破壊、または噴出を引き起こす。これにより、コンパクト連星、星の合体、電磁波および重力波帯域のトランジエント源への道筋が得られる。

ABSTRACT

The dynamical evolution of triple stellar systems could give rise to the formation of compact binaries and induce binary mergers. Common envelope (CE) evolution, which plays a major role in the evolution of compact binary systems, can similarly play a key role in the evolution of triples. Here we use hydrodynamical simulations coupled with few-body dynamics to provide the first detailed models of triple common envelope (TCE) evolution. We focus on the circumstellar case, where the envelope of an evolved giant engulfs a compact binary orbiting the giant (inner-binary), which then in-spirals into the core of the evolved star. Through our exploratory modeling we find several possible outcomes of such TCE: (1) The merger of the binary inside the third star's envelope; (2) The binary disruption of the in-spiraling binary following its plunge, leading to a chaotic triple dynamics of the stellar-core and the two components of the former disrupted binary. The chaotic evolution typically leads to the in-spiral and merger of at least one of the former binary components with the core, and sometimes to the ejection of the second, or alternatively its further now-binary common-envelope evolution. The in-spiral in TCE leads to overall slower in-spiral, larger mass ejection and the production of more aspherical remnant, compared with a corresponding binary case of similar masses, due to the energy/momentum extraction from the inner-binary. We expect TCE to play a key role in producing various types of stellar-mergers and unique compact binary systems, and potentially induce transient electromagnetic and gravitational-wave sources.

研究の動機と目的

• 巨星の包層に小形連星が飲み込まれる三重星系の力学的進化を調査すること。これにより三重共通包絡（TCE）進化が生じる。
• 第三の星の存在が、二重連星と比較して共通包絡進化の降下および結果にどのように影響するかを理解すること。
• 内側連星と周囲の包層との間のエネルギーおよび運動量の交換をモデル化し、その噴出効率および残骸の非球形性に与える影響を評価すること。
• TCEを通じたコンパクト連星系および星の合体の形成経路を探索すること。これには、電磁波および重力波帯域のトランジエントも含む。

提案手法

• 共通包絡段階中の三重系の進化をモデル化するため、連成流体力学的シミュレーションと少数体力学を組み合わせた手法を採用。
• 内側連星が進化した巨星の包層内を回る環惑星的配置に焦点を当てる。
• 降下する内側連星から包層へのエネルギーおよび運動量の移動を追跡し、噴出効率および残骸構造に与える影響を評価。
• 内側連星の降下結果、すなわち合体、破壊、およびコアと二重星成分のその後の混沌とした力学的挙動をシミュレート。
• 同様の質量を有する標準的な二重共通包絡進化と比較し、第三体の効果を分離。
• 最終残骸の非球形性および質量噴出効率を分析し、観測的シグネチャを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環惑星三重連星における三重共通包絡進化の主な力学的結果は何か？
• RQ2 第三の星が存在する場合、二重共通包絡進化と比較して降下時間スケールおよび質量噴出効率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 内側連星からのエネルギーおよび運動量抽出が、最終残骸および噴出特性をどのように形作るか？
• RQ4 TCEはコンパクト連星系や星の合体の形成に寄与しうるか？関連するトランジエントシグネチャは何か？
• RQ5 内側連星が破壊される条件は何か？その後、その成分の動的運命はどのようなものか？

主な発見

• 三重共通包絡進化は、内側連星からのエネルギーおよび運動量抽出のため、二重共通包絡進化と比較して遅い降下を示す。
• TCEは、同様の二重系と比較して、より大きな質量噴出およびより非球形の残骸構造をもたらす。
• 内側連星の降下は、巨星のコア内での合体を引き起こし、一つの合体物体を形成する。
• 内側連星の破壊は一般的な結果であり、コアと二重星成分の元の両方が混沌とした力学的挙動を示す。
• 混沌とした進化は、通常、少なくとも一つの元の二重星成分がコアと降下・合体することをもたらす。
• 一部のケースでは、第二の元の二重星成分が噴出されるが、他のケースでは新たな二重星として再び共通包絡進化を経験する。