[논문 리뷰] The post-common-envelope binary central star of the planetary nebula PN G283.7-05.1: A possible post-red-giant-branch planetary nebula central star

David Jones, H. M. J. Boffin외 9명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 45인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 병행된 외피를 통과한 이중성 중심 항성으로서의 병행성 성운 PN G283.7−05.1의 중심 항성을 식별하고 특성화하며, 5.9시간의 궤도를 가진 가열된 M형 주계열 항성과 뜨거운 전백색왜성으로 구성된 시스템임을 밝혀냈다. 시스템의 낮은 중심 항성 질량(~0.3–0.4 M⊙)과 진화 매개변수들은 여전히 빨간 거대우주에서 공통 외피를 통과한 후에 형성되었음을 시사하며, 이는 후-적색거대우주 성운 중심 항성의 희귀 후보자이다.

ABSTRACT

We present the discovery and characterisation of the post-common-envelope central star system in the planetary nebula PN G283.7$-$05.1. Deep images taken as part of the POPIPlaN survey indicate that the nebula may possess a bipolar morphology similar to other post-common-envelope planetary nebulae. Simultaneous light and radial velocity curve modelling reveals the newly discovered binary system to comprise a highly-irradiated, M-type main-sequence star in a 5.9 hour orbit with a hot pre-white-dwarf. The nebular progenitor is found to have a particularly low mass of around 0.4 M$_\odot$, making PN G283.7$-$05.1 one of only a handful of candidate planetary nebulae to be the product of a common-envelope event while still on the red giant branch. Beyond its low mass, the model temperature, surface gravity and luminosity are all found to be consistent with the observed stellar and nebular spectra through comparison with model atmospheres and photoionisation modelling. However, the high temperature (T$_\mathrm{eff}\sim$95kK) and high luminosity of the central star of the nebula are not consistent with post-RGB evolutionary tracks.

연구 동기 및 목표

• 병행성 성운 PN G283.7−05.1의 중심 항성 시스템을 식별하고 특성화하며, 복잡한 형태이자 가능성이 있는 이중성 형태를 보여주는 특징을 포함한다.
• 빛과 도전 속도 곡선을 동시에 모델링하여 이중성 시스템의 궤도 및 항성 매개변수를 결정한다.
• 유도된 낮은 중심 항성 질량을 바탕으로 성운의 원형 항성이 여전히 적색거대우주에서 공통 외피 단계를 거쳐 형성되었는지 평가한다.
• 관측된 항성 및 성운 스펙트럼이 이론적 모델 대기와 광이온화 모델과 일치하는지 평가한다.
• 표준 후-AGB 진화 궤도와 일치하지 않는 약 0.3–0.4 M⊙의 중심 항성 질량이 진화적 의미를 어떻게 갖는지 평가한다.

제안 방법

• ESO-NTT와 EFOSC2를 사용하여 PN G283.7−05.1의 깊은 영상 촬영을 수행하여 확장된 발광 아치가 있는 이중성 유사 성운 구조를 확인했다.
• ESO-VLT의 FORS2를 사용하여 다중 대역 광도 측정(B, V, R, i)과 도전 속도 모니터링을 동시에 수행하여 빛과 도전 속도 곡선을 확보했다.
• phoebe2 코드를 적용하여 빛과 도전 속도 곡선을 모델링하였으며, 가열된 보조 항성의 복사 및 일식 깊이를 고려하였다.
• 합성 스펙트럼과 모델 대기를 사용하여 관측된 항성 및 성운의 발광선 강도를 일치시켰으며, [O iii] 및 Hα 선을 포함하였다.
• 광이온화 모델링을 통해 성운의 물리적 매개변수를 제약하였으며, 예측된 선 강도와 관측된 강도를 비교하였다.
• 합성 적색화된 등급을 사용하여 시스템의 거리와 Gaia 파라렐랙스 및 은하 구조와의 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PN G283.7−05.1의 중심 항성이 적색거대우주 단계에서 공통 외피를 통과한 후 형성된 공통 외피 탈출 이중성 시스템과 일치하는가?
• RQ2 이중성 시스템의 궤도 및 항성 매개변수(질량, 온도, 반지름)는 무엇이며, 진화 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 관측된 높은 효과적 온도(~95 kK)와 밝기 수준이 표준 후-AGB 진화 궤도와 일치하지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ4 관측된 성운 발광선 강도는 유도된 항성 매개변수와 일치하는 광이온화 모델로 재현될 수 있는가?
• RQ5 낮은 중심 항성 질량(~0.3–0.4 M⊙)은 공통 외피 탈출 메커니즘과 원형 항성의 진화 경로에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• PN G283.7−05.1의 중심 항성 시스템은 5.9시간 궤도를 가진 공통 외피를 통과한 이중성로, 뜨거운 전백색왜성과 가열된 M형 주계열 항성이 포함되어 있다.
• 가열된 복사선이 항성 광중심에서 기인할 경우 주성의 질량은 0.34±0.05 M⊙이며, 가열된 표면의 내측 가장자리에서 기인할 경우 0.42±0.05 M⊙이다.
• 효과적 온도(~95 kK)와 밝기 수준은 표준 후-AGB 진화 궤도와 일치하지 않으며, 이는 후-적색거대우주 기원을 시사한다.
• Hα 및 [O iii]에서의 확장된 발광 아치를 포함한 성운 형태는 이중성 형태를 지닌 이중성 성운과 일치하며, 공통 외피에 의한 형태 형성과 일치한다.
• 성운 발광선의 광이온화 모델링은 항성 모델과 일치하는 물리적 매개변수를 도출하였으며, 유도된 시스템 매개변수를 지지한다.
• 거리 추정치 약 9 kpc는 Gaia 파라렐랙스와 경계선 수준의 일치를 보이며, 성운은 약 1 pc의 크기를 가지며 은하수의 사기리우스와 페르세우스 암흑대 사이에 위치한다.