[논문 리뷰] Triple common envelope evolution: Circumstellar triples

Hila Glanz, Hagai B. Perets|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 31.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 별주변 삼중계에서, 밀도가 높은 이중성 이중성의 복합체가 거대한 별의 대기권에 둘러싸여 있는 경우, 삼중 공통 대류(공동 대류) 진화의 최초의 유체역학적 시뮬레이션을 제시한다. TCE는 내부 이중성으로부터 에너지/운동량을 추출함으로써 더 느린 침입, 강화된 질량 분출, 비대칭 잔여물 구조를 초래하며, 이는 이중성 융합, 파괴 또는 탈출을 유도한다. 이는 전자기적 및 중력파 대역에서의 밀도 높은 이중성, 별 융합, 잠시 나타나는 천체의 경로를 제공한다.

ABSTRACT

The dynamical evolution of triple stellar systems could give rise to the formation of compact binaries and induce binary mergers. Common envelope (CE) evolution, which plays a major role in the evolution of compact binary systems, can similarly play a key role in the evolution of triples. Here we use hydrodynamical simulations coupled with few-body dynamics to provide the first detailed models of triple common envelope (TCE) evolution. We focus on the circumstellar case, where the envelope of an evolved giant engulfs a compact binary orbiting the giant (inner-binary), which then in-spirals into the core of the evolved star. Through our exploratory modeling we find several possible outcomes of such TCE: (1) The merger of the binary inside the third star's envelope; (2) The binary disruption of the in-spiraling binary following its plunge, leading to a chaotic triple dynamics of the stellar-core and the two components of the former disrupted binary. The chaotic evolution typically leads to the in-spiral and merger of at least one of the former binary components with the core, and sometimes to the ejection of the second, or alternatively its further now-binary common-envelope evolution. The in-spiral in TCE leads to overall slower in-spiral, larger mass ejection and the production of more aspherical remnant, compared with a corresponding binary case of similar masses, due to the energy/momentum extraction from the inner-binary. We expect TCE to play a key role in producing various types of stellar-mergers and unique compact binary systems, and potentially induce transient electromagnetic and gravitational-wave sources.

연구 동기 및 목표

• 거대한 별의 대기권에 둘러싸인 밀도 높은 이중성이 포함된 삼중성 별계의 역학적 진화를 조사하는 것.
• 세 번째 별의 존재가 이중성 공통 대류 진화의 침입 및 결과에 미치는 영향을 이중성 시스템과 비교하여 이해하는 것.
• 내부 이중성과 둘러싸인 대류 간의 에너지 및 운동량 교환을 모델링하고, 분출 효율성 및 잔여물 비대칭성에 미치는 영향을 분석하는 것.
• TCE를 통한 밀도 높은 이중성 시스템 및 별 융합의 형성 경로를 탐색하며, 잠시 나타나는 전자기적 및 중력파 천체의 잠재적 특징을 포함하는 것.

제안 방법

• 공통 대류 단계 동안 삼중계의 진화를 모델링하기 위해 유체역학적 시뮬레이션과 소수체 역학을 결합한 방법.
• 내부 이중성이 거대 별의 대기권 내를 도는 별주변 구조를 중심으로 한 연구.
• 침입하는 내부 이중성으로부터 대류로의 에너지 및 운동량 이행을 추적하여, 분출 효율성 및 잔여물의 구조에 영향을 미치는 원인을 분석.
• 내부 이중성의 침입 결과를 시뮬레이션하며, 융합, 파괴 및 핵과 이중성 성분 간의 이후 혼란스러운 역학을 포함.
• 유사 질량을 가진 이중성 공통 대류 진화와 비교하여 제3체의 영향을 분리하는 것.
• 관측적 특징을 평가하기 위해 최종 잔여물의 비대칭성과 질량 분출 효율성을 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 별주변 삼중계에서 삼중 공통 대류 진화의 주요 역학적 결과는 무엇인가요?
• RQ2 세 번째 별의 존재가 이중성 공통 대류 진화와 비교해 침입 시간계와 질량 분출 효율성에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 내부 이중성으로부터의 에너지 및 운동량 추출이 최종 잔여물과 분출 특성 형성에 어떤 역할을 하나요?
• RQ4 TCE는 밀도 높은 이중성 시스템이나 별 융합의 형성으로 이어질 수 있으며, 관련된 잠시 나타나는 천체의 특징은 무엇인가요?
• RQ5 내부 이중성이 파괴되는 조건는 무엇이며, 그 이후 성분들의 이후 역학적 운명은 무엇인가요?

주요 결과

• TCE는 내부 이중성의 에너지 및 운동량 추출로 인해 이중성 공통 대류 진화보다 더 느린 침입을 초래한다.
• TCE는 유사한 이중성 시스템에 비해 더 큰 질량 분출과 더 비대칭적인 잔여물의 구조를 초래한다.
• 내부 이중성의 침입은 거대 별의 핵 내에서 융합되어 단일 융합 물체를 형성할 수 있다.
• 내부 이중성의 파괴는 일반적인 결과이며, 핵과 이중성의 두 성분 간 혼란스러운 역학을 유도한다.
• 혼란스러운 진화는 일반적으로 핵과 적어도 한 성분의 이중성 성분 간의 침입 및 융합을 초래한다.
• 어떤 경우에서는 두 번째 이중성 성분이 탈출할 수 있으나, 다른 경우에서는 새로운 이중성으로서 다시 공통 대류 진화를 겪을 수 있다.