[논문 리뷰] Binaries discovered by the SPY project. II. HE 1414-0848: a double degenerate with a mass close to the Chandrasekhar limit

R. Napiwotzki, D. Koester외 7명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2002. 03. 09.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 17인용 수 35

한 줄 요약

이 논문은 궤도 주기가 12시간 25분 39초이고 성분 질량이 각각 0.55 M☉ 및 0.71 M☉인 이중 흑색왜성 백색왜성 쌍성 HE 1414−0848의 발견을 보고한다. 이에 따라 전체 시스템 질량은 1.26 M☉로, 찬드라세카르 한계보다 단지 10% 낮다. 저자들은 도플러 속도 곡선과 중력적 적색편이의 차이를 이용하여, 진폭 비율과 적색편이 효과를 조합한 새로운 방법을 통해 질량을 유도하였으며, 이는 현재까지 알려진 가장 질량이 큰 밀집 이중 백색왜성계임을 확인한다. 그러나 초신성 Ia의 원천이 될 만큼의 질량은 되지 않아, 이는 초신성 Ia의 원천 후보로는 부적절하다.

ABSTRACT

In the course of our search for double degenerate (DD) 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 white dwarf HE 1414-0848 is a double-lined DA+DA binary with an orbital period of P = 12h 25m 39s. Semi-amplitudes of 128km/s and 100km/s are derived for the individual components. The amplitude ratio and the measured difference in gravitational redshift is used to estimate the masses of the individual components: 0.55Msol and 0.71Msol. Hence the total mass of the HE 1414-0848 system is 1.26Msol, only 10% below the Chandrasekhar limit. The results of a model atmosphere analysis are consistent with our mass estimated from the orbit. Temperatures of the individual components are also determined. Possible scenarios for the formation of this system are discussed. The system will merge due to loss of angular momentum via gravitational wave radiation after two Hubble times. HE 1414-0848 does not qualify as a SN Ia progenitor, but it is the most massive close DD known today.

연구 동기 및 목표

• 이중 백색왜성(DD) 쌍성을 초신성 Ia의 원천 후보로 식별하고 특성화하기.
• 고해상도 분광법을 이용하여 HE 1414−0848의 궤도 파arameters와 성분 질량을 결정하기.
• 전체 질량과 융합 시간 스케일을 바탕으로 이 시스템이 실질적인 초신성 Ia 원천으로 적합한지 평가하기.
• 이중 백색왜성 형성 및 진화 이론 모델과의 비교를 통해 시스템의 특성을 분석하기.

제안 방법

• ESO VLT의 UVES 장비를 사용한 고해상도 에클레 스펙트로스코피를 통해 HE 1414−0848의 두 성분에 대한 도플러 속도 곡선을 확보하였다.
• 2001년 3월부터 4월까지 촬영한 15장의 스펙트럼에서 도플러 속도 진폭(128 km/s 및 100 km/s)과 궤도 주기(12시간 25분 39초)를 측정하였다.
• 질량-반지름 관계를 사용하여, 진폭 비율과 중력적 적색편이의 차이를 조합한 새로운 방법을 적용하여 성분 질량을 유도하였다.
• 개별 스펙트럼 성분에 대한 모델 대기 적합을 통해 유효 온도(Teff = 10800±550 K 및 8900±550 K)를 결정하였다.
• 유도된 온도와 질량을 바탕으로 Wood(1995)의 백색왜성 냉각 궤적을 사용하여 냉각 연령을 추정하였다.
• 관측된 궤도 및 질량 파arameters를 이론적 인구 합성 모델(Nelemans 등 2001)과 비교하여 형성 시나리오를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 백색왜성 쌍성 HE 1414−0848의 궤도 파arameters와 성분 질량은 무엇이며, 찬드라세카르 한계와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 이중선 스펙트로스코픽 쌍성에서 질량 비율과 중력적 적색편이의 차이를 이용하여, 빛의 곡선 모델링에 의존하지 않고 개별 성분의 질량을 유도할 수 있는가?
• RQ3 전체 질량과 융합 시간 스케일을 고려할 때, HE 1414−0848는 실질적인 초신성 Ia 원천 후보로 적합한가?
• RQ4 관측된 시스템은 공통-envelope 진화를 통한 이중 백색왜성 형성에 대한 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HE 1414−0848의 궤도 주기는 12시간 25분 39초이며, 두 성분의 도플러 속도 반진폭은 각각 128 km/s 및 100 km/s이다.
• 성분 질량은 각각 0.55±0.03 M☉ 및 0.71±0.03 M☉로 결정되었으며, 이에 따라 전체 시스템 질량은 1.26±0.06 M☉로 산정되었고, 찬드라세카르 한계보다 단지 10% 낮다.
• 성분의 유효 온도는 각각 10800±550 K(더 질량이 큰 성분) 및 8900±550 K(더 질량이 작은 성분)이며, 냉각 연령은 각각 약 1.2×10⁹년 및 1.0×10⁹년이다.
• 중력파 복사 손실로 인해 이 시스템은 약 240억 년 이내에 융합될 것으로 예측되나, 전체 질량이 초신성 Ia를 유도하기에 충분하지 않다.
• 관측된 질량 비율과 궤도 파arameters는 AGB 이중성에서의 불안정한 질량 이전과 공통-envelope 방출을 통한 이중 백색왜성 형성 이론 모델과 일치한다.
• 이 시스템은 도플러 속도 조사에서 발견된 가장 질량이 큰 밀집 이중 백색왜성 쌍성이며, 중력적 적색편이와 진폭 비율 방법을 이용해 성분 질량을 유도한 첫 사례이다.