[論文レビュー] Efficiency of mass transfer in massive close binaries, Tests from double-lined eclipsing binaries in the SMC

S. E. de Mink, O. R. Pols+1 more|ArXiv.org|Mar 19, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 26被引用数 79

ひとこと要約

本研究では、小マゼラン雲に存在する50個の二重線分光食連星を用いて、質量移動効率βの制約を試みた。観測された星のパラメータ（特に温度比と輝度比）と詳細な連星進化モデルを比較することで、すべてのシステムを説明するには単一のβ値では不十分であることが判明し、非保存的質量移動が不可欠であり、βはシステムの性質に依存することが示された。

ABSTRACT

One of the major uncertainties in close binary evolution is the efficiency of mass transfer beta: the fraction of transferred mass that is accreted by a secondary star. We attempt to constrain the mass-transfer efficiency for short-period massive binaries undergoing case A mass transfer. We present a grid of about 20,000 detailed binary evolution tracks with primary masses 3.5-35 Msun, orbital periods 1-5 days at a metallicity Z=0.004, assuming both conservative and non-conservative mass transfer. We perform a systematic comparison, using least-squares fitting, of the computed models with a sample of 50 double-lined eclipsing binaries in the Small Magellanic Cloud, for which fundamental stellar parameters have been determined. About 60% of the systems are currently undergoing slow mass transfer. In general we find good agreement between our models and the observed detached systems. However, for many of the semi-detached systems the observed temperature ratio is more extreme than our models predict. For the 17 semi-detached systems that we are able to match, we find a large spread in the best fitting mass-transfer efficiency; no single value of beta can explain all systems. We find a hint that initially wider systems tend to fit better to less conservative models. We show the need for more accurate temperature determinations and we find that determinations of surface abundances of nitrogen and carbon can potentially constrain the mass-transfer efficiency further.

研究の動機と目的

• 質量移動の効率βを、ケースA質量移動を経験している質量の大きな近接連星で特定すること。
• 保存的質量移動（β = 1）が、小マゼラン雲の二重線分光食連星の観測された性質を説明できるかどうかを検証すること。
• モデルと観測の間の系統的不一致を特定し、質量移動の物理的メカニズムを制約すること。
• 表面組成比（N/C比）の測定が、βの制約にどのように寄与するかを評価すること。
• 初期の軌道分離距離と質量比が質量移動効率に与える影響を評価すること。

提案手法

• 金属量Z = 0.004の下で、主星質量3.5–35 M☉および軌道周期1–5日を想定し、約20,000個の詳細な連星進化軌道のグリッドを生成した。
• パラメータ化された角運動量損失を用いて、保存的（β = 1）および非保存的質量移動（β < 1）の両方をシミュレートした。
• 最小二乗法を用いて、基本パラメータに基づき、個々の観測システムにモデルの進化軌道を一致させた。
• 光曲線解法から得られたIバンド輝度比と温度比を、主な観測可能な量として用いた。
• モデル予測の半径比（R_D/R_A）、温度比、質量比を観測値と比較した。
• 高分解能分光法による温度および表面組成（N/C）のより正確な決定の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 保存的質量移動（β = 1）は、小マゼラン雲の質量の大きな半分離食連星の観測された性質を再現できるか？
• RQ2 半分離システムの観測された温度比に一致させるために、どの程度の質量移動効率βが必要か？
• RQ3 初期に広い軌道をもつシステムは、非保存的モデルとより良い一致を示すか？ これはスピンアップまたは潮汐効果がβに影響を与える可能性を示唆するか？
• RQ4 半径比および温度比の不一致は、質量移動の物理的メカニズムにどのような情報を与えるか？
• RQ5 高分解能分光法による表面組成比（N/C）は、βの制約に追加の制約をもたらすか？

主な発見

• 保存的質量移動（β = 1）では、多くの半分離システムの観測された温度比を説明できない。観測された温度比は予測値よりも極端である。
• 17個の半分離システムのうち、一致可能なシステムすべてに単一のβ値を適用することはできず、βがケースA連星全体に普遍的ではないことが示された。
• 初期に広い軌道をもつシステムは、非保存的モデルとより良い一致を示し、スピンアップまたは潮汐相互作用がβに影響を与える可能性があることを示唆している。
• 非保存的進化では、ゆっくりとした質量移動段階の期間が延長され、分離状態と半分離状態のシステム数の統計的比較によって、将来的に検証が可能になる可能性がある。
• 半径比（R_D/R_A）および温度-質量の組み合わせにおける不一致は、モデルがしばしば吸収星の半径を過小評価していることを示唆している。
• 高分解能分光法による正確な温度およびN/C組成比の測定が、βのさらなる制約に不可欠である。表面組成比は、非保存的質量移動中に深く混合された物質を反映しているためである。