[论文解读] Hot subdwarf stars in close-up view - II. Rotational properties of single and wide binary subdwarf B stars

S. Geier, U. Heber|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用 35

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱学分析了105颗单星及宽双星亚巨星B型星（sdB）的旋转特性，测量了投影旋转速度（v sin i）。结果发现所有恒星均为慢速旋转体（v sin i < 10 km s⁻¹），且单星、宽双星以及长周期密近双星的旋转分布无明显差异。这种均匀性挑战了当前的形成理论，特别是高比例氦白矮星并合的预测，后者应产生更快的旋转体。

ABSTRACT

Subluminous B stars (sdBs) form the extremely hot end of the horizontal branch and are therefore related to the blue horizontal branch (BHB) stars. While the rotational properties of BHB stars have been investigated extensively, studies of sdB stars have concentrated on close binaries that are influenced by tidal interactions between their components. Here we present a study of 105 sdB stars, which are either single stars or in wide binaries where tidal effects become negligible. The projected rotational velocities have been determined by measuring the broadening of metal lines using high-resolution optical spectra. All stars in our sample are slow rotators (${v_{ m rot}\sin{i}}&lt;10\,{ m km\,s^{-1}}$). Furthermore, the $v_{ m rot}\sin{i}$-distributions of single sdBs are similar to those of hot subdwarfs in wide binaries with main-sequence companions as well as close binary systems with unseen companions and periods exceeding $\simeq1.2\,{ m d}$. We show that blue horizontal and extreme horizontal branch stars are also related in terms of surface rotation and angular momentum. Hot blue horizontal branch stars ($T_{ m eff}&gt;11\,500\,{ m K}$) with diffusion-dominated atmospheres are slow rotators like the hot subdwarf stars located on the extreme horizontal branch, which lost more envelope and therefore angular momentum in the red-giant phase. The uniform rotation distributions of single and wide binary sdBs pose a challenge to our understanding of hot subdwarf formation. Especially the high fraction of helium white dwarf mergers predicted by theory seems to be inconsistent with the results presented here.

研究动机与目标

• 研究单星及宽双星亚巨星B型星（sdB）的旋转特性，其中潮汐效应可忽略不计。
• 将单星sdB的旋转分布与宽双星及密近双星系统的旋转分布进行比较，以检验形成模型。
• 评估观测到的旋转特性是否与理论形成途径一致，特别是氦白矮星并合过程。
• 探讨sdB星与蓝水平分支星（BHB）在角动量和旋转方面的关联。
• 确定观测到的sdB星慢速旋转是否与双星演化模型的预测相矛盾。

提出的方法

• 利用帕拉纳、拉西拉、卡兰霍、凯克以及胡伯-埃伯利望远镜获取了高分辨率光学光谱。
• 通过分析恒星光谱中金属吸收线的展宽，测量了投影旋转速度（v sin i）。
• 样本包含105颗sdB星：57颗单星，40颗具有主序星伴星的宽双星，以及8个轨道周期大于1.2 d的未见伴星系统。
• 采用标准光谱拟合技术分析光谱，以推导v sin i，不确定度通过轮廓拟合估算。
• 在不同子群之间比较旋转分布：单星、宽双星及长周期密近双星。
• 将结果与sdB形成理论模型进行比较，特别是氦白矮星并合情景和共包层抛射通道。

实验结果

研究问题

• RQ1 单星及宽双星亚巨星B型星是否主要为慢速旋转体，其旋转分布与密近双星系统相比如何？
• RQ2 观测到的sdB星旋转特性是否支持或与形成模型中预测的高比例氦白矮星并合相矛盾？
• RQ3 热亚巨星B型星与蓝水平分支（BHB）星之间是否存在运动学或旋转上的关联？
• RQ4 宽双星中sdB星的旋转分布与单星sdB星及长周期密近双星相比有何异同？
• RQ5 热BHB星中以扩散为主导的大气层是否与sdB星中观察到的慢速旋转相关？

主要发现

• 样本中全部105颗恒星均为慢速旋转体，其投影旋转速度（v sin i）低于10 km s⁻¹。
• 单星sdB星的v sin i分布与具有主序星伴星的宽双星sdB星以及周期超过~1.2 d的密近双星sdB星的分布无统计学差异。
• 有效温度高于11,500 K的热蓝水平分支星（T eff > 11,500 K），其大气层以扩散为主导，同样为慢速旋转体，与极端水平分支（EHB）sdB星类似。
• 不同sdB子群之间旋转分布的均匀性表明其具有共同的角动量演化路径，可能源于红巨星阶段的增强包层损失。
• 理论模型中预测的高比例氦白矮星并合与观测到的慢速旋转不一致，因为此类并合应产生快速旋转的恒星。
• 结果挑战了并合通道在sdB形成中的主导地位，提示稳定洛希瓣溢出或共包层抛射等机制可能更为普遍。