[논문 리뷰] Binaries discovered by the SPY project. IV. Five single-lined DA double white dwarfs

G. Nelemans, R. Napiwotzki외 9명|Radboud Repository (Radboud University)|2005. 06. 10.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 45인용 수 52

한 줄 요약

이 논문은 SPY 조사에서 발견된 다섯 개인선형 DA 이중 백색왜성 이중성계에 대한 궤도 해석을 제시하며, 이들의 밀도 높고 짧은 주기 궤도(0.44–3.22일)를 확인하고 적외선 광도 측정을 통해 냉각된 헬륨이 풍부한 백색왜성의 보조 성분을 규명한다. 보조 성분의 스펙트럼 선이 존재하지 않는 것은 주계열 성성의 가능성을 배제하며, 오래되고 냉각된 백색왜성의 존재를 뒷받ukkan다. 이는 이중 백색왜성의 진화 모델과 초신성 Ia의 원천 시나리오를 정교화한다.

ABSTRACT

We present results from our ongoing follow-up observations of double white dwarf binaries detected in the ESO SN Ia Progenitor SurveY (SPY). We discuss our observing strategy and data analysis and present the orbital solutions of five close double white dwarf binaries: HE0320-1917, HE1511-0448, WD0326-273, WD1013-010 and WD1210+140. Their periods range from 0.44 to 3.22 days. In none of these systems we find any spectral lines originating from the companion. This rules out main sequence companions and indicates that the companion white dwarfs are significantly older and cooler than the bright component. Infrared photometry suggests the presence of a cool, helium-rich white dwarf companion in the binary WD0326-273. We briefly discuss the consequences of our findings for our understanding of the formation and evolution of double white dwarfs.

연구 동기 및 목표

• SPY 조사에서 발견된 다섯 개의 가까운 이중 백색왜성계의 궤도 파라미터를 결정하고 그 성질을 확인한다.
• 보조 성분으로부터의 스펙트럼 선 부재 원인을 조사하여 주계열 성성의 가능성을 배제한다.
• 광도 및 스펙트럼 데이터를 이용해 보조 백색왜성의 진화 상태를 평가한다.
• 질량 비율 분포를 제약하고 이중 백색왜성의 인구 합성 모델을 시험한다.
• 이 시스템들이 초신성 Ia 원천 시나리오와 LISA 중력파 소스 이해에 기여하는 정도를 평가한다.

제안 방법

• 라팔마 및 파라날 관측소에 위치한 INT, WHT, UVES 장비를 이용한 스펙트럼 후속 관측.
• 카라호 조사소의 TWIN 및 IDS 장비를 활용한 고해상도 옵티컬 스펙트로스코피.
• 개인선계에서의 도플러 속도 변화 곡선 모델링을 통한 궤도 해석 유도.
• 냉각된 헬륨이 풍부한 백색왜성 보조 성분을 탐지하고 특성화하기 위한 적외선 광도 측정.
• Hansen(1999) 및 Nelemans 등(2004)의 냉각 모델을 적용하여 백색왜성의 질량과 연령을 추정.
• 관측된 주기-질량 비율 분포를 이론적 인구 합성 모델과 통계적으로 비교하며 기울기 확률(95% 신뢰구간)을 통한 불확실성 전파를 고려.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SPY 조사에서 발견된 다섯 개의 개인선형 이중 백색왜성계의 궤도 파라미터와 질량 비율은 무엇인가?
• RQ2 왜 보조 성분으로부터의 스펙트럼 선이 검출되지 않으며, 이는 보조 성분의 온도와 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 적외선 광도 측정을 통해 WD0326−273에서 냉각된 헬륨이 풍부한 백색왜성 보조 성분의 존재를 확인할 수 있는가?
• RQ4 관측된 주기-질량 비율 분포는 이중 백색왜성의 이론적 인구 합성 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이러한 시스템들이 공통-envelope 단계 물리학과 이중 백색왜성 합성 시나리오가 초신성 Ia 원천으로서의 가능성을 지지하거나 도전하는 데 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• HE0320−1917, HE1511−0448, WD0326−273, WD1013−010, WD1210+140의 다섯 개의 가까운 이중 백색왜성 이중성계가 궤도 주기 0.44–3.22일 사이에서 확인되었다.
• 보조 성분으로부터의 스펙트럼 선 부재는 주계열 성성의 가능성을 배제하며, 낮은 질량과 낮은 빛의 강도를 지닌 냉각되고 오래된 백색왜성임을 시사한다.
• 적외선 광도 측정은 WD0326−273에서 냉각된 헬륨이 풍부한 백색왜성 보조 성분의 존재를 뒷받침하며, 낮은 질량의 진화된 보조 성분과 일치한다.
• 관측된 주기-질량 비율 분포는 0.5–1일 사이에 명백한 갭이 없음을 보여주며, 이는 이전에 관측된 갭이 소수의 통계적 요인 때문이었다는 것을 시사한다.
• 수정된 공통-envelope 규정(예: Nelemans 등 2001)을 기반으로 한 이론 모델은 관측과 양호한 일치를 보이며, 긴 주기를 가진 개인선계에서는 예측된 것보다 관측된 질량 비율이 낮게 나타난다.
• 고정된 수소 대류층 질량을 가진 냉각 모델(Hansen 1999; Nelemans 등 2004)은 이전에 변동하는 대류층 질량을 가정한 모델보다 관측된 질량 분포와 더 잘 맞으며, 매우 낮은 질량의 백색왜성 수를 감소시킨다.