[논문 리뷰] White Dwarf Mass Distribution

S. O. Kepler, D. Koester외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 고신호대잡음 스펙트럼과 ML2/α=0.8 (DA) 및 α=1.25 (DB)를 사용한 Koester 모델 대기와 함께 Sloan Digital Sky Survey Data Release 12 자료를 이용해 순수 DA 3,637개와 DB 549개의 백색왜성 질량 분포를 제시한다. 보정된 질량 분포는 0.624 M☉에서 최고점을 이루며, 디스크의 척도 높이가 300 pc임을 드러내며, 은하 운동학을 통해 10개의 가능성 있는 헬로 백색왜성이 특정되었다.

ABSTRACT

We present the mass distribution for all S/N > 15 pure DA white dwarfs detected in the Sloan Digital Sky Survey up to Data Release 12, fitted with Koester models for ML2/alpha=0.8, and with Teff > 10 000 K, and for DBs with S/N >10, fitted with ML2/alpha=1.25, for Teff > 16 000 K. These mass distributions are for log g > 6.5 stars, i.e., excluding the Extremely Low Mass white dwarfs. We also present the mass distributions corrected by volume with the 1/Vmax approach, for stars brighter than g=19. Both distributions have a maximum at M=0.624 Msun but very distinct shapes. From the estimated z-distances, we deduce a disk scale height of 300 pc. We also present 10 probable halo white dwarfs, from their galactic U, V, W velocities.

연구 동기 및 목표

• 고신호대잡음 및 정확한 대기 모델링을 통해 Sloan Digital Sky Survey 내 백색왜성의 질량 분포를 결정하기.
• 1/V_max 방법을 사용해 등급 제한 설문조사의 관측 편향을 보정하여 부피 보정 질량 함수를 유도하기.
• 백색왜성이 은하 디스크의 운동학적 구조를 분석함으로써 은하 평면에서의 수직 거리(z)를 통해 유추하기.
• 박편 및 두꺼운 디스크의 한계를 초월하는 은하 U, V, W 속도를 기반으로 잠재적 헬로 백색왜성을 식별하기.
• 균일한 별 형성 모델을 가정한 인구 합성 모델과 비교하여 디스크의 별 형성 역사 조사하기.

제안 방법

• SDSS DR12 스펙트럼에서 S/N ≥ 15 (DA) 및 S/N ≥ 10 (DB)를 만족하는 3,637개의 DA와 549개의 DB 백색왜성 선택.
• DA 백색왜성에 대해 ML2/α=0.8, DB 백색왜성에 대해 α=1.25를 사용해 관측 스펙트럼을 Koester (2010) 모델 대기와 맞춤.
• Tremblay 등 (2013)의 보정을 사용해 3차원 대류 보정을 적용해 유효 온도 및 표면 중력도 보정.
• Althaus 등 (2005), Renedo 등 (2010), Romero 등 (2015)의 질량-반지름 관계를 사용해 질량 계산.
• g = 19 등급까지 1/V_max 방법을 사용해 설문 부피 편향을 보정하여 부피 보정 질량 분포 유도.
• 필터 투과율 및 영점에서 유도된 절대 등급을 기반으로 거리 추정 후, 은하 위도 및 거리에서 z-거리 계산.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측 선택 효과를 보정한 백색왜성의 본질적 질량 분포는 백색왜성의 은하 디스크에서 어떻게 되어 있는가?
• RQ2 백색왜성 질량 함수의 형태는 초기 질량 함수와 별 형성 역사에 대해 어떤 정보를 드러내는가?
• RQ3 백색왜성 인구의 디스크 척도 높이는 얼마이며, DA와 DB 별 간에 어떻게 다를까?
• RQ4 어떤 백색왜성이 은하 헬로와 일치하는 운동학적 특성을 보이며, 그 기원은 무엇일까?
• RQ5 관측된 질량 분포는 균일한 별 형성 가정 하에 이론적 인구 합성 모델과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• DA 및 DB 백색왜성의 부피 보정 질량 분포는 0.624 M☉에서 최고점을 이루며, 각각 다른 형태를 보인다: DA 별은 더 높은 질량 쪽으로 꼬리를 지닌 반면, DB 별은 낮은 질량 쪽으로 연장된다.
• DA 백색왜성의 디스크 척도 높이는 약 300 pc이며, DB 별은 약간 더 큰 척도 높이를 보인다.
• T_eff ≥ 13,000 K인 DA 백색왜성의 평균 질량은 0.646 ± 0.002 M☉이며, 최근 20억 년 이내에 별 형성 폭발이 있었음을 시사한다.
• 10개의 백색왜성이 박편 및 두꺼운 디스크 별의 3σ 타원체를 초월하는 은하 속도를 보이며, 이는 헬로 구성원이거나 이중성 상호작용의 산물일 가능성이 있다.
• 관측된 질량 분포는 20억 년 전에 30%의 별 형성 폭발이 있었음을 설명하기 위해 필요하며, 이는 이전에 균일한 별 형성 가정을 둔 모델과 모순된다.
• APOP 및 Munn 등 (2014)의 운동량은 일치하여 운동학 분석의 신뢰성을 뒷받침한다.