[논문 리뷰] Hot subdwarf stars in close-up view - II. Rotational properties of single and wide binary subdwarf B stars

S. Geier, U. Heber|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 88인용 수 35

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 105개의 단일 및 넓은 이중 하위주거성 B(비드B) 항성의 회전 성질을 분석하며, 투영 회전 속도(v sin i)를 측정한다. 모든 항성이 느린 회전자임( v sin i < 10 km s⁻¹)을 발견하였으며, 단일 항성, 넓은 이중성, 장기간 주기의 밀접한 이중성 간의 회전 분포는 서로 구별되지 않는다. 이러한 균일성은 현재의 형성 이론, 특히 헬륨 흑색왜성 병합으로 인한 높은 비율의 예측과 도전한다. 병합으로 인한 항성은 더 빠른 회전을 보여야 하기 때문이다.

ABSTRACT

Subluminous B stars (sdBs) form the extremely hot end of the horizontal branch and are therefore related to the blue horizontal branch (BHB) stars. While the rotational properties of BHB stars have been investigated extensively, studies of sdB stars have concentrated on close binaries that are influenced by tidal interactions between their components. Here we present a study of 105 sdB stars, which are either single stars or in wide binaries where tidal effects become negligible. The projected rotational velocities have been determined by measuring the broadening of metal lines using high-resolution optical spectra. All stars in our sample are slow rotators (${v_{ m rot}\sin{i}}&lt;10\,{ m km\,s^{-1}}$). Furthermore, the $v_{ m rot}\sin{i}$-distributions of single sdBs are similar to those of hot subdwarfs in wide binaries with main-sequence companions as well as close binary systems with unseen companions and periods exceeding $\simeq1.2\,{ m d}$. We show that blue horizontal and extreme horizontal branch stars are also related in terms of surface rotation and angular momentum. Hot blue horizontal branch stars ($T_{ m eff}&gt;11\,500\,{ m K}$) with diffusion-dominated atmospheres are slow rotators like the hot subdwarf stars located on the extreme horizontal branch, which lost more envelope and therefore angular momentum in the red-giant phase. The uniform rotation distributions of single and wide binary sdBs pose a challenge to our understanding of hot subdwarf formation. Especially the high fraction of helium white dwarf mergers predicted by theory seems to be inconsistent with the results presented here.

연구 동기 및 목표

• 단일 및 넓은 이중 하위주거성 B(sdB) 항성의 회전 성질을 조사하는 것, 여기서 tidal 효과는 무시 가능하다.
• 단일 sdB의 회전 분포를 넓은 이중성 및 밀접한 이중성 시스템의 회전 분포와 비교하여 형성 모델을 시험하는 것.
• 관측된 회전 성질이 이론적 형성 경로, 특히 헬륨 흑색왜성 병합과 일치하는지 평가하는 것.
• 각운동량과 회전 성질 측면에서 sdB 항성과 파랑 수평가지(BHB) 항성 간의 관계를 탐색하는 것.
• 관측된 sdB 항성의 느린 회전이 이중성 진화 모델의 예측과 모순되는지 확인하는 것.

제안 방법

• Paranal, La Silla, Calar Alto, Keck 및 Hobby-Eberly 천체망원경에서 관측한 고해상도 옵티컬 스펙트로스코피를 사용하였다.
• 금속 흡수선의 넓어짐을 분석하여 투영 회전 속도(v sin i)를 측정하였다.
• 샘플에는 105개의 sdB 항성이 포함되어 있다: 57개의 단일 항성, 주성분이 주계열성인 40개의 넓은 이중성, 1.2 d 이상의 궤도를 가진 은폐된 동반성과 함께 8개의 시스템.
• 스펙트럼을 표준 스펙트럼 피팅 기법을 사용하여 분석하여 v sin i를 유도하였으며, 불확실성은 선형형태 피팅을 통해 추정하였다.
• 단일 항성, 넓은 이중성, 장기간 주기의 밀접한 이중성 간의 회전 분포를 비교하였다.
• 특히 헬륨 흑색왜성 병합 시나리오와 공통-envelope 방출 경로를 포함한 sdB 형성의 이론 모델과 결과를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 및 넓은 이중 하위주거성 B 항성은 주로 느린 회전자인가, 그리고 이들의 회전 분포는 밀접한 이중성 시스템과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 관측된 sdB 항성의 회전 성질은 형성 모델에서 예측하는 높은 비율의 헬륨 흑색왜성 병합을 지지하는가, 아니면 반박하는가?
• RQ3 핫 하위주거성 B 항성과 파랑 수평가지(BHB) 항성 간에 운동학적 또는 회전적 연관성이 있는가?
• RQ4 넓은 이중성의 sdB 항성의 회전 분포는 단일 sdB 항성과 장기간 주기의 밀접한 이중성의 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 핫 BHB 항성의 확산 지배 대기층은 sdB 항성에서 관측된 것과 유사하게 느린 회전과 관련이 있는가?

주요 결과

• 샘플의 105개 항성 모두가 느린 회전자이며, 투영 회전 속도(v sin i)가 10 km s⁻¹ 이하이다.
• 단일 sdB 항성의 v sin i 분포는 주계열성 동반성을 가진 넓은 이중성 sdB 항성들과, 약 ~1.2 d 이상의 주기를 가진 밀접한 이중성 sdB 항성들과 통계적으로 구별되지 않는다.
• 확산 지배 대기층을 가진 파랑 수평가지 항성(HB, T eff > 11,500 K) 역시 극단적 수평가지(EHB) sdB 항성과 유사하게 느린 회전자이다.
• 다양한 sdB 하위집단 간의 회전 분포가 균일한 것은 공통된 각운동량 진화를 시사하며, 이는 적색거성 단계 동안 강화된 대기층 손실로 인한 것으로 보인다.
• 이론 모델에서 예측하는 높은 비율의 헬륨 흑색왜성 병합은 관측된 느린 회전과 부합하지 않으며, 이러한 병합은 더 빠른 회전을 유도해야 한다.
• 결과는 sdB 형성에서 병합 채널의 지배적 역할에 의문을 제기하며, 안정적인 로체 띠 오버플로우 또는 공통-envelope 방출과 같은 다른 메커니즘이 더 흔할 수 있음을 시사한다.