[논문 리뷰] Evolution of Cool Close Binaries - Approach to Contact

K. Stȩpień|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 냉각된 밀접한 쌍성계의 자기 브레이킹에 의한 진화를 모델링하여, 자기장이 있는 바람에 의한 운동량 손실이 P < 2일인 이격된 쌍성계의 관측된 주기 분포를 자연스럽게 설명함을 보여준다. 핵심 결과는 자기 브레이킹이 W UMa 유형의 접촉 이중성계의 주요 형성 메커니즘임을 밝히며, 초기 주기가 2–3일인 이격된 시스템이 6–10 Gyr 동안 진화하여 접촉 구조에 도달함을 시사한다.

ABSTRACT

A set of 27 evolutionary models of cool close binaries was computed under the assumption that their evolution is influenced by the magnetized winds. Initial periods of 1.5, 2.0 and 2.5 d were considered. For each period three values of 1.3, 1.1 and 0.9 solar mass were taken as the initial masses of the more massive components. Here the results of the computations of the first evolutionary phase are presented, which starts from the initial conditions and ends when the more massive component reaches its critical Roche lobe. In all considered cases this phase lasts for several Gyr. For binaries with the higher total mass and/or longer initial periods this time is equal to, or longer than the main sequence life time of the more massive component. For the remaining binaries it amounts to a substantial fraction of this life time. From the statistical analysis of models, the predicted period distribution of detached binaries with periods shorter than 2 d was obtained and compared to the observed distribution from the ASAS data. An excellent agreement was obtained under the assumption that the period distribution in this range is determined solely by the mass and angular momentum loss due to the magnetized winds. This result indicates, in particular, that virtually all cool detached binaries with periods of a few tenths of a day, believed to be the immediate progenitors of W UMa-type stars, were formed from detached systems with periods around 2-3 d and that magnetic braking is the dominant formation mechanism of cool contact binaries. It operates on the time scale of several Gyr rendering them rather old, with age of 6-10 Gyr. The results of the present analysis will be used as input data to investigate the subsequent evolution of the binaries, through the mass exchange phase and contact or semi-detached configuration till the ultimate merging of the components.

연구 동기 및 목표

• 냉각된 밀접한 이중성계의 접촉 구조로의 진화에서 자기 브레이킹의 역할을 조사하기 위해.
• 자기 브레이킹만으로 2일 미만의 주기를 가진 이격된 이중성계의 관측된 주기 분포를 재현할 수 있는지 확인하기 위해.
• 이러한 시스템에서 질량 이동과 로흐 띠의 넘치는 현상이 발생하는 시스템의 스케일과 조건을 평가하기 위해.
• 후속 연구를 위한 질량 교환과 최종 융합을 포함한 접촉 이중성계의 초기 진화 모델을 제공하기 위해.

제안 방법

• 초기 주기가 1.5, 2.0, 2.5일인 냉각된 밀접한 이중성계의 27개의 진화 모델을 계산함.
• 자기장이 있는 바람에 의한 운동량 손실(자기 브레이킹)을 주요 메커니즘으로 사용한 항성 진화 모델을 사용함.
• 더 무거운 성분의 초기 질량을 1.3, 1.1, 0.9 M☉로 가정하였으며, 극단적인 질량 비율을 피하기 위해 보조 성분의 질량를 조정함.
• 영구 주계열성에서 더 무거운 성분의 로흐 띠 넘치기(RLOF) 발생 시점까지의 진화를 추적함.
• 자기 브레이킹 모델을 검증하기 위해 ASAS 설문 데이터와 예측된 이격된 이중성계의 주기 분포를 비교함.
• 모델의 통계적 분석을 통해 이격된 원천으로부터 접촉 이중성계의 형성 경로를 추론함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기 브레이킹만으로 2일 미만의 주기를 가진 이격된 이중성계의 관측된 주기 분포를 설명할 수 있는가?
• RQ2 자기 브레이킹 하에서 냉각된 밀접한 이중성계의 로흐 띠 넘치기의 시스템은 어느 정도의 스케일로 발생하는가?
• RQ3 초기 질량과 궤도 주기가 자기 브레이킹에 의한 접촉 이중성계 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 매우 짧은 주기(P < 0.45일)를 가진 접촉 이중성계는 흔한데, 반면 반분리된 시스템은 그 범위에서 흔하지 않은 이유는 무엇인가?
• RQ5 이격된 이중성계에서 W UMa 유형의 접촉 이중성계로의 진화 경로는 무엇인가?

주요 결과

• 자기 브레이킹만으로도 ASAS 데이터에서 유도된 P < 2일인 이격된 이중성계의 관측된 주기 분포와 뛰어난 일치를 보임.
• 몇 희미한 10분의 1일 주기를 가진 냉각된 이격된 이중성계는 모두 초기 주기가 2–3일이었던 원천으로부터 자기 브레이킹에 의해 진화한 것으로 나타남.
• 이격된 상태에서 접촉 상태로의 전이 단계는 6–10 Gyr 지속되며, 이는 접촉 이중성계가 일반적으로 오래된 시스템임을 시사함.
• 초기 주기가 2.5일 이상인 이중성계의 경우, 로흐 띠 넘치기까지의 시간이 더 무거운 성분의 주계열성 수명을 초과하므로, 적색 거성 단계에서의 팽창이 RLOF를 유도함.
• 초기 주기가 1.5–2.0일인 이중성계는 주계열성 진화 기간 동안 RLOF에 도달하여 케이스 A 질량 이동을 겪고, 주기가 0.5일 이하인 빠른 속도로 접촉 시스템이 형성됨.
• 최종 진화 상태는 질량 이동이 느리고 운동량 손실과 균형을 이루는 동안 계속되는 자기 브레이킹에 의해 유도되는 융합임.