[논문 리뷰] Binaries discovered by the SPY project I. HE 1047-0436: a subdwarf B + white dwarf system

R. Napiwotzki, H. Edelmann외 5명|ArXiv.org|2001. 09. 04.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 15인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 태양질량 1.2배 이상을 초과하며 찰라스카르 한계에 가까운 총질량을 지닌, 하위주류 B 별과 질량이 큰 백색왜성 연성성으로 이루어진 스펙트로스코픽 이중성으로서 HE 1047−0436을 규명하였다. 궤도 주기는 1.213253일이며, 반직경 속도 반폭은 94 km s⁻¹이다. 중력파에 의한 운동량 손실로 인해 유효 수명보다 오랜 시간이 걸리는 병합 시스템임에도 불구하고, 이중 백색왜성 시나리오에 따라 초신성 Ia의 후보자로 강력한 가능성을 지닌다.

ABSTRACT

In the course of our search for double degenerate binaries as potential progenitors of type Ia supernovae with the UVES spectrograph at the ESO VLT (ESO SN Ia Progenitor surveY - SPY) we discovered that the sdB star HE 1047-0436 is radial velocity variable. The orbital period of 1.213253d, a semi-amplitude of 94km/s, and a minimum mass of the invisible companion of 0.44Msol are derived from the analysis of the radial velocity curve. We use an upper limit on the projected rotational velocity of the sdB star to constrain the system inclination and the companion mass to M>0.71Msol, bringing the total mass of the system closer to the Chandrasekhar limit. However, the system will merge due to loss of angular momentum via gravitational wave radiation only after several Hubble times. Atmospheric parameters and metal abundances are also derived. The resulting values are typical for sdB stars.

연구 동기 및 목표

• 하위주류 B 별과 백색왜성 연성성을 지닌 이중성 시스템을 규명하고 특성화하여 초신성 Ia의 후보자로 삼을 수 있는지 확인하기 위해.
• 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 이러한 시스템의 궤도 파rameter와 질량 함수를 결정하기 위해.
• 중력파 복사로 인한 에너지 손실로 인해 이러한 시스템이 허블 수명 이내에 병합 가능할 확률을 평가하기 위해.
• 분류 및 진화 상태를 확인하기 위해 하위주류 B 별의 대기 파arameter와 금속 농도를 유도하기 위해.
• 고해상도 스펙트럼에서의 프로젝션 회전 속도 한계를 이용해 시스템 기울기와 연성성 질량을 제약하기 위해.

제안 방법

• 2001년 3월 7일부터 18일까지 VLT의 UVES 스펙트로그래프를 사용해 HE 1047−0436의 14개의 고해상도 Echelle 스펙트럼을 확보하였으며, 분辨률 R ≈ 19,000이다.
• 교차 확인을 위해 Calar Alto 관측소에서 TWIN 스펙트로그래프를 사용해 더 낮은 분辨률(1 Å)의 장선형 스펙트럼을 확보하였다.
• 관측 스펙트럼과 합성 LTE 모델 대기 스펙트럼 간의 상관분석을 통해 반직경 속도 측정을 수행하였으며, UVES 데이터의 정확도는 ±3 km s⁻¹ 이내였다.
• 반직경 속도 데이터에 대한 페리오드로그램 분석을 통해 궤도 주기를 결정하였으며, P = 1.213253일을 도출하였다.
• 반직경 속도 곡선에서 유도된 질량 함수를 이용해 연성성의 최소 질량을 0.44 M☉로 계산하였다.
• 고해상도의 고해상도 스펙트럼을 통합한 결과, 프로젝션 회전 속도에 대한 3σ 상한선(v sin i ≤ 4.7 km s⁻¹)을 적용하여 시스템 기울기를 제약하고, 백색왜성 질량의 하한선 0.71 M☉을 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HE 1047−0436는 질량이 큰, 보이지 않는 연성성을 지닌 스펙트로스코픽 이중성인가?
• RQ2 이 시스템의 하위주류 B 별의 궤도 주기와 반직경 속도 반폭은 얼마인가?
• RQ3 보이지 않는 연성성의 최소 질량은 얼마이며, 그 성질(예: 탄소-산소 핵 백색왜성)은 무엇인가?
• RQ4 프로젝션 회전 속도 한계를 이용해 시스템 기울기와 진짜 연성성 질량을 제약할 수 있는가?
• RQ5 총 시스템 질량이 찰라스카르 한계에 가까워지며, 초신성 Ia 후보자로 가능성이 있는가?

주요 결과

• HE 1047−0436의 궤도 주기는 1.213253일이며, 반직경 속도 반폭은 94 km s⁻¹이다.
• 보이지 않는 연성성의 최소 질량은 0.44 M☉이며, 탄소-산소 핵 백색왜성과 일치한다.
• 하위주류 B 별의 프로젝션 회전 속도에 대한 3σ 상한선은 4.7 km s⁻¹이며, 이는 시스템 기울기가 48° 이하임을 시사한다.
• 자기 회전-궤도 동기화를 가정할 경우, 백색왜성 질량은 최소 0.71 M☉로 제약되며, 이에 따라 총 시스템 질량 ≥1.2 M☉가 된다.
• 하위주류 B 별의 대기 파aram터와 금속 농도는 이 계열의 특성과 일치하며, 효과적 온도와 표면 중력은 퇴화한 헬륨핵 전백색왜성과 일치한다.
• 20분 동안의 관측에서 2 mmag 수준의 광도 변화는 관측되지 않아, 관측된 시간 스케일에서의 명백한 진동을 배제한다.