[논문 리뷰] Binaries discovered by the SPY project. III. HE2209-1444: a massive, short period double degenerate

C. A. Karl, R. Napiwotzki외 5명|ArXiv.org|2003. 09. 26.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 23인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 질량이 크고 궤도 주기가 짧은 이중 흑점 항성계인 HE 2209-1444의 발견과 상세한 특성 분석을 제시한다. 이 이중 항성계는 각각 0.58 M☉의 동일한 질량을 지닌 두 개의 DA 흑점 항성으로 구성되어 있으며, 총 시스템 질량는 1.15 ± 0.07 M☉이다. 다중 시점 스펙트로스코피를 통한 도전 속도 곡선을 통해 관측된 이 시스템은 궤도 주기가 6시간 38분 47초이며, 중력파 복사로 인해 약 50억 년 내로 합쳐질 것으로 예측된다. 이는 캔드라세카르 질량 한계에 도달하지 못함에도 불구하고, 타입 Ia 초신성의 이중 흑점 항성 조상 모델을 시험하는 데 핵심적인 대상이 된다.

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 HE2209-1444 to be a double-lined system consisting of two DA white dwarfs. From the analysis of the radial velocity curve we determined the period of the system to be P = 6h 38m 47s. The semi-amplitudes for both individual components are 109 km/s each. A model atmosphere analysis enabled us to derive individual temperatures for both components (8490 K and 7140 K, resp.) and masses of 0.58 Msol for each component. The total mass of the system is 1.15 +/- 0.07 Msol. The system will loose angular momentum due to gravitational wave radiation and therefore will merge within 5 Gyrs -- less than a Hubble time. HE2209-1444 is the second massive, short period double degenerate detected by SPY. Its total mass is about 20 % below the Chandrasekhar mass limit and therefore it does not qualify as a potentional SN Ia progenitor. However, together with our previous detections it supports the view that Chandrasekhar mass systems do exist.

연구 동기 및 목표

• 질량이 크고 궤도 주기가 짧은 이중 흑점 항성(DD) 시스템이 타입 Ia 초신성의 잠재적 조상가능성을 식별하고 특성화하기 위해.
• 다중 시점 스펙트로스코피에서 얻은 도전 속도 곡선을 이용해 HE 2209-1444의 궤도 파arameter와 성분 질량을 결정하기 위해.
• 중력파에 의한 각운동량 손실을 모델링하여 융합 시간스케일 계산을 통해 시스템의 진화적 운명을 평가하기 위해.
• 이중 백색왜성의 인구 합성 모델 예측과 HE 2209-1444의 관측된 특성을 비교하기 위해.
• 성분의 파arameter들이 현재의 공동-envelope 진화 모델과 일관된지 검토하기 위해.

제안 방법

• ESO VLT 및 기타 관측소(카라알토, 라팔마, 파라날)에서 확보한 고해상도 UVES 스펙트로스코피를 바탕으로 도전 속도 곡선을 유도하였다.
• 모든 궤도 위상 스펙트럼에 동시에 스펙트럼 피팅 방법을 적용하여 공통 표면 중력도(log g = 7.97)와 개별 온도를 결정하였다.
• 관측된 온도와 중력도를 Benvenuto & Althaus(1999)의 이론적 냉각 궤적과 비교하여 별의 질량를 추정하였다.
• 도전 속도 반진폭과 유도된 질량를 사용하여 궤도 기울기를 계산하였으며, i = 40°를 도출하였다.
• 중력파에 의한 각운동량 손실을 모델링하여 융합 시간스케일을 추정하였다.
• 이 시스템의 특성은 인구 합성 모델(Nelemans 등 2001)의 예측과 비교되었으며, 특히 모델 A2를 통해 역학적 질량 이동 및 공동-envelope 진화와의 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도전 속도 곡선을 통해 유도된 HE 2209-1444의 이중 흑점 항성계의 궤도 파arameter와 성분 질량은 무엇인가?
• RQ2 HE 2209-1444는 충분한 총 질량을 지니고 있고 융합 시간스케일이 너무 짧아 타입 Ia 초신성의 잠재적 조상로 간주될 수 있는가?
• RQ3 HE 2209-1444의 관측된 질량과 궤도 주기는 이중 백색왜성의 인구 합성 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 성분의 질량 비율은 역학적 불안정 질량 이동 또는 표준 공동-envelope 진화 모델과 일치하는가?
• RQ5 질량-주기 다이어그램에서의 시스템 위치는 가까운 이중 흑점 항성계의 형성 및 진화에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• HE 2209-1444의 궤도 주기는 6시간 38분 47초이며, 양 성분에 대해 동일한 도전 속도 반진폭 109 km/s를 보이며 대칭 질량 비율을 나타낸다.
• 두 백색왜성 성분은 각각 8490 K와 7140 K의 온도를 가지며, 공통 표면 중력도 log g = 7.97을 가진다.
• 각 성분의 질량은 0.58 M☉이며, 총 시스템 질량는 1.15 ± 0.07 M☉이다.
• 중력파 복사로 인해 약 50억 년 내로 융합될 것으로 예측되며, 이는 허블 시스템 시간스케일 내에 포함된다.
• 유도된 궤도 기울기는 40°이며, 관측된 도전 속도 반진폭과 질량 추정치와 일관된다.
• 질량-주기 다이어그램에서의 시스템 위치와 질량 비율은 역학적 불안정 질량 이동을 포함하는 최신 인구 합성 모델과 일치하며, 비표준 공동-envelope 진화 시나리오를 지지한다.