[论文解读] Binaries discovered by the SPY project. II. HE 1414-0848: a double degenerate with a mass close to the Chandrasekhar limit

R. Napiwotzki, D. Koester+7 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Mar 9, 2002

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 17被引用 35

一句话总结

本文报告了HE 1414−0848的发现，这是一个双白矮星双星系统，轨道周期为12小时25分39秒，双星质量分别为0.55 M☉和0.71 M☉，系统总质量为1.26 M☉，仅比钱德拉塞卡极限低10%。作者利用径向速度曲线和引力红移差异，通过一种结合振幅比与红移效应的新方法推导出质量，确认该系统为迄今已知最重的近距离双白矮星系统，但其质量仍不足以成为Ia型超新星的前身星。

ABSTRACT

In the course of our search for double degenerate (DD) binaries as potential progenitors of type Ia supernovae with the UVES spectrograph at the ESO VLT (ESO SN Ia Progenitor surveY - SPY) we discovered that the white dwarf HE 1414-0848 is a double-lined DA+DA binary with an orbital period of P = 12h 25m 39s. Semi-amplitudes of 128km/s and 100km/s are derived for the individual components. The amplitude ratio and the measured difference in gravitational redshift is used to estimate the masses of the individual components: 0.55Msol and 0.71Msol. Hence the total mass of the HE 1414-0848 system is 1.26Msol, only 10% below the Chandrasekhar limit. The results of a model atmosphere analysis are consistent with our mass estimated from the orbit. Temperatures of the individual components are also determined. Possible scenarios for the formation of this system are discussed. The system will merge due to loss of angular momentum via gravitational wave radiation after two Hubble times. HE 1414-0848 does not qualify as a SN Ia progenitor, but it is the most massive close DD known today.

研究动机与目标

• 识别并表征双白矮星（DD）双星系统，作为Ia型超新星前身星的潜在候选者。
• 利用高分辨率光谱测定HE 1414−0848的轨道参数和组分质量。
• 基于其总质量与并合 timescale，评估该系统是否具备成为Ia型超新星前身星的可行性。
• 将该系统的特性与双白矮星形成与演化理论模型进行比较。

提出的方法

• 使用欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）上的UVES仪器进行高分辨率阶梯光谱观测，获取HE 1414−0848双星两组分的径向速度曲线。
• 从2001年3月至4月间获取的15组光谱中测量出径向速度振幅（分别为128 km/s和100 km/s）及轨道周期（12小时25分39秒）。
• 应用一种新颖方法，结合振幅比与引力红移差异，利用质量-半径关系推导出组分质量。
• 对单个光谱组分进行大气模型拟合，确定有效温度（Teff = 10800±550 K 和 8900±550 K）。
• 基于推导出的温度和质量，利用Wood（1995）白矮星冷却轨迹估算冷却年龄。
• 将观测到的轨道与质量参数与理论群体合成模型（Nelemans et al. 2001）进行比较，以评估其形成情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 双白矮星双星系统HE 1414−0848的轨道参数与组分质量为何？其与钱德拉塞卡极限的关系如何？
• RQ2 在双谱线光谱双星中，是否可仅通过质量比与引力红移差异来推导出各组分质量，而无需依赖光曲线建模？
• RQ3 基于其总质量与并合 timescale，HE 1414−0848是否为Ia型超新星的可行前身星候选者？
• RQ4 该观测系统与通过共用包层演化形成的双白矮星理论预测相比如何？

主要发现

• HE 1414−0848的轨道周期为12小时25分39秒，两组分的径向速度半振幅分别为128 km/s和100 km/s。
• 组分质量测定为0.55±0.03 M☉和0.71±0.03 M☉，系统总质量为1.26±0.06 M☉，仅比钱德拉塞卡极限低10%。
• 两组分的有效温度分别为10800±550 K（质量较大者）和8900±550 K（质量较小者），冷却年龄分别约为1.2×10⁹年和1.0×10⁹年。
• 由于引力波辐射导致的能量损失，该系统将在约240亿年（两个哈勃时间）内并合，但其总质量不足以触发Ia型超新星爆发。
• 观测到的质量比与轨道参数与通过渐近大支（AGB）双星中不稳定的质量转移及共用包层抛射形成双白矮星的理论模型一致。
• 该系统是迄今在径向速度巡天中发现的最重的近距离双白矮星系统，也是首个应用引力红移与振幅比方法推导组分质量的系统。