[论文解读] Post common envelope binaries from SDSS. XII: The orbital period distribution

A. Nebot Gómez-Morán, B. T. Gänsicke+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 73被引用 69

一句话总结

本研究基于史隆数字巡天（SDSS）的后共用包层双星（PCEB）样本，利用后续光谱的径向速度测量和SDSS子光谱，识别出191个PCEB，其中79个具有测量的轨道周期。经过偏差校正的周期分布峰值约为10.3小时，在数天至一周范围内无显著星体分布，表明共用包层能量参数（α_CE）较低，且早期型伴星存在观测选择效应。

ABSTRACT

The complexity of the common envelope phase and of magnetic stellar wind braking currently limits our understanding of close binary evolution. Because of their intrinsically simple structure, observational population studies of white dwarf plus main sequence (WDMS) binaries hold the potential to test theoretical models and constrain their parameters. The Sloan Digital Sky Survey (SDSS) has provided a large and homogeneously selected sample of WDMS binaries, which we are characterising in terms of orbital and stellar parameters. We have obtained radial velocity information for 385 WDMS binaries from follow-up spectroscopy, and for an additional 861 systems from the SDSS sub-spectra. Radial velocity variations identify 191 of these WDMS binaries as post common envelope binaries (PCEBs). Orbital periods of 58 PCEBs were subsequently measured, predominantly from time-resolved spectroscopy, bringing the total number of SDSS PCEBs with orbital parameters to 79. Observational biases inherent to this PCEB sample were evaluated through extensive Monte Carlo simulations. We find that 21-24% of all SDSS WDMS binaries have undergone common envelope evolution, which is in good agreement with published binary population models and high-resolution HST imaging of WDMS binaries unresolved from the ground. The bias corrected orbital period distribution of PCEBs ranges from 1.9 h to 4.3 d and follows approximately a normal distribution in log(Porb), peaking at ~10.3 h. There is no observational evidence for a significant population of PCEBs with periods in the range of days to weeks. The large and homogeneous sample of SDSS WDMS binaries provides the means to test fundamental predictions of binary population models, and hence to observationally constrain the evolution of all close compact binaries.

研究动机与目标

• 通过一个大规模、同质的SDSS白矮星-主序星（WDMS）双星样本，确定后共用包层双星（PCEB）的本征轨道周期分布。
• 利用蒙特卡洛模拟对SDSS PCEB样本中的观测偏差进行校正，以获得可靠的周期分布。
• 通过将观测到的PCEB特性与理论预测进行比较，测试理论双星群体合成模型，特别是共用包层阶段效率（α_CE）方面。
• 评估观测选择效应（尤其是对早型主序星伴星的排斥）在塑造观测到的PCEB周期分布中的作用。
• 利用一个大规模、光谱确认的样本，为共用包层阶段和近距离双星演化中的磁制动提供实证约束。

提出的方法

• 从385个SDSS WDMS双星的后续光谱中测量径向速度变化，并从另外861个系统的SDSS子光谱中识别PCEB。
• 通过时域光谱测量确定了58个PCEB的轨道周期，使SDSS中已知周期的PCEB总数达到79个。
• 利用蒙特卡洛模拟模拟观测选择效应，包括检测极限、信噪比以及伴星光谱类型依赖性。
• 通过将观测分布与模拟的选择函数进行去卷积，推导出偏差校正后的轨道周期分布。
• 将理论模型与观测到的周期分布进行比较，以推断共用包层能量参数（α_CE）的约束。
• 分析中考虑了伴星质量对周期的预期依赖关系，即更高质量的伴星会导致更长的共用包层后周期。

实验结果

研究问题

• RQ1 在对观测偏差进行校正后，SDSS样本中后共用包层双星（PCEB）的本征轨道周期分布是什么？
• RQ2 为何在观测样本中缺乏轨道周期超过1天的PCEB？
• RQ3 观测选择效应（尤其是对早型主序星伴星的排斥）在多大程度上影响了观测到的PCEB周期分布？
• RQ4 观测到的长周期PCEB缺失是否可由较低的共用包层能量参数（α_CE）值来解释？
• RQ5 理论双星群体合成模型在多大程度上能再现SDSS PCEB的观测特性？

主要发现

• 在所有具有M型矮星伴星的SDSS WDMS双星中，21–24%经历了共用包层演化，与理论模型和哈勃空间望远镜成像结果一致。
• SDSS PCEB的偏差校正后轨道周期分布范围为1.9小时至4.3天，在log(P_orb)上呈正态分布，峰值约为10.3小时。
• 在数天至一周的周期范围内，PCEB无显著星体分布，表明长周期系统存在强烈缺失。
• 观测到的长周期PCEB缺失最合理的解释是共用包层能量参数（α_CE）值较低，而非仅由观测选择效应造成。
• 对早型伴星的观测选择效应加剧了观测到的周期分布，特别是在较长周期范围内。
• 结果支持需要采用包含真实观测选择效应的先进双星群体合成模型，才能充分释放SDSS WDMS样本的诊断潜力。