[논문 리뷰] Reconstructing the evolution of double helium white dwarfs: envelope loss without spiral-in

G. Nelemans, F. Verbunt외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 06. 15.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 41

한 줄 요약

이 논문은 삼중의 이중 헬륨 백색왜성의 진화를 빛의 붕괴 없이 질량 이행 단계를 모델링하여 재구성하며, 껍질 제거가 초기 이중성의 특정 각운동량의 1.4–1.7배로 발생할 것임을 제안한다. 주요 결과는 표준 빛의 붕괴 또는 안정적 질량 이행 모델이 관측된 궤도 매개변수를 설명하지 못하며, 대신 증가된 각운동량 수송을 갖는 껍질 손실—γ≈1.5로 매개변수화됨—이 데이터를 재현함으로써 첫 번째 질량 이행 단계 동안 궤도 수축이 최소한으로 일어났음을 시사한다.

ABSTRACT

The unique core-mass - radius relation for giants with degenerate helium cores enables us to reconstruct the evolution of three observed double helium white dwarfs with known masses of both components. The last mass transfer phase in their evolution must have been a spiral-in. In the formalism proposed by Webbink (1984), we can constrain the efficiency of the deposition of orbital energy into the envelope to be $1 \la α\la 6$, for an envelope structure parameter $λ=0.5$. We find that the two standard mass transfer types (stable mass transfer and spiral-in) are both unable to explain the first phase of mass transfer for these three binaries. We use a parametric approach to describe mass transfer in low-mass binaries, where both stars are of comparable mass and find that the orbital characteristics of the observed double helium white dwarfs can be well reproduced if the envelope of the primary is lost with ~1.5 times the specific angular momentum of the initial binary. In this case no substantial spiral-in occurs.

연구 동기 및 목표

• 표준 질량 이행 모델로 재현할 수 없는 세 개의 이중 헬륨 백색왜성의 관측된 궤도 매개변수와 질량을 설명하기 위해.
• 저질량, 유사 질량 이중성에서 첫 번째 질량 이행 단계가 상당한 궤도 수축이나 빛의 붕괴를 유도하지 않는 이유를 조사하기 위해.
• 빛의 붕괴 역학을 도입하지 않고도 관측된 시스템을 재현할 수 있는, 증가된 각운동량 손실을 동반한 껍질 제거가 가능한지 판단하기 위해.
• 최종 빛의 붕괴 단계에서 궤도 에너지 투입 효율(α)과 껍질 구조 매개변수(λ)를 제약하기 위해.
• 이중 헬륨 백색왜성 시스템에서 첫 번째 질량 이행 단계에 대해, 초기 이중성의 특정 각운동량의 1.4–1.7배일 정도로 증가된 특정 각운동량을 갖는 껍질 제거를 포함하는 새로운 물리적 메커니즘을 제안하기 위해.

제안 방법

• 기성의 헬륨 핵을 가진 거대성의 고유한 핵 질량-반지름 관계를 사용하여 관측된 이중 헬륨 백색왜성의 조상 상태를 재구성한다.
• Webbink(1984)의 형식을 적용하여 최종 빛의 붕괴 단계를 모델링하고, λ=0.5일 때 에너지 투입 효율 α를 제약한다.
• γ = (ΔJ/ΔM_tot) × (M_tot/J)를 사용하여 껍질 제거 시 증가된 특정 각운동량을 기술하는 매개변수화된 각운동량 손실 모델을 도입한다.
• 알려진 질량과 궤도 주기를 갖는 관측 시스템을 분석하여 일관된 진화를 위해 필요한 γ 값을 추론한다.
• 시스템 간의 추론된 γ 값들을 비교하여, 첫 번째 질량 이행 단계에서 빛의 붕괴가 필요하지 않다는 가설을 평가한다.
• 관측된 백색왜성 매개변수로부터 역행적으로 진화를 분석하여 初기 이중 조건과 껍질 손실 특성을 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 표준 질량 이행 모델(안정적 이행과 빛의 붕괴)은 관측된 이중 헬륨 백색왜성의 궤도 매개변수를 재현하지 못하는가?
• RQ2 첫 번째 질량 이행 단계에서 상당한 궤도 수축이 일어나지 않는 조건에서 관측된 질량과 궤도 주기를 설명할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 관측된 시스템을 재현하기 위해 제거된 껍질의 필요한 특정 각운동량은 무엇이며, 초기 이중성의 각운동량과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ4 에너지 투입 효율 α와 껍질 구조 매개변수 λ의 관점에서 최종 빛의 붕괴 단계를 제약할 수 있는가?
• RQ5 이중 헬륨 백색왜성의 관측된 질량 비율 분포는 첫 번째 질량 이행 단계에서 빛의 붕괴가 최소한으로 일어나고, 증가된 각운동량 손실이 발생하는 시나리오와 일치하는가?

주요 결과

• 관측된 세 개의 이중 헬륨 백색왜성에서 최종 질량 이행 단계는 반드시 빛의 붕괴여야 하며, λ=0.5일 때 에너지 투입 효율 α는 1 ≤ α ≤ 6로 제약된다.
• 모든 알려진 이중 헬륨 백색왜성의 관측된 궤도 매개변수는 주된 껍질이 초기 이중성의 특정 각운동량의 1.4~1.7배로 제거될 경우 가장 잘 재현되며, 이는 상당한 빛의 붕괴가 일어나지 않았음을 암시한다.
• 모든 관측 시스템에서 αλ ≈ 2가 일관되게 유지되며, 이는 최종 빛의 붕괴 단계에서 에너지 투입 효율이 보편적으로 유지됨을 시사한다.
• WD 0957-666는 현재 백색왜성이 하이브리드 백색왜성일 경우 αλ ≈ 2로 형성되었을 수 있으며, 이는 조상이 비퇴화 헬륨 항성임을 시사한다.
• 저질량, 유사 질량 이중성에서 첫 번째 질량 이행 단계는 껍질 제거를 동반하며 상당한 궤도 수축이 일어나지 않을 가능성이 높다. 이는 껍질이 공전에 따라 회전하기 때문에 저항력이 효과가 없기 때문이다.
• 관측된 시스템은 현재 백색왜성 질량을 생성하기 위해 넓은 초기 궤도(25–>500일)가 필요하며, 이는 표준 모델이 맞지 않음을 시사한다. 유일한 해법은 현재 추정치보다 질량이 상당히 낮아야 한다는 것이다.