[论文解读] A new class of pulsating hot subdwarfs

Thomas Kupfer, Evan B. Bauer+23 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 9

一句话总结

该论文识别出一类新型脉动热亚矮星——命名为高引力-BLAPs——其表现出周期为200–475秒、光变幅度超过5%的大振幅径向脉动。利用高采样率的ZTF光变观测与相位分辨光谱观测，作者表明这些恒星最可能为低质量（0.25–0.35 M⊙）的氦核心前白矮星，处于铁不透明度跳变不稳定性带内，星震学建模结果更支持前白矮星演化路径而非氦燃烧模型。

ABSTRACT

Using high-cadence observations from the Zwicky Transient Facility at low Galactic latitudes, we have discovered a new class of pulsating, hot, compact stars. We have found four candidates, exhibiting blue colors ($g-r\leq-0.1$ mag), pulsation amplitudes of $>5\%$, and pulsation periods of $200 - 475$ sec. Fourier transforms of the lightcurves show only one dominant frequency. Phase-resolved spectroscopy for three objects reveals significant radial velocity, T$_{ m eff}$ and log(g) variations over the pulsation cycle, consistent with large amplitude radial oscillations. The mean T$_{ m eff}$ and log(g) for these stars are consistent with hot subdwarf B (sdB) effective temperatures and surface gravities. We calculate evolutionary tracks using MESA and adiabatic pulsations using GYRE for low-mass helium-core pre-white dwarfs and low mass helium-burning stars. Comparison of low-order radial oscillation mode periods with the observed pulsation periods show better agreement with the pre-white dwarf models. Therefore, we suggest that these new pulsators and Blue Large-Amplitude Pulsators (BLAPs) could be members of the same class of pulsators, composed of young $\approx0.25-0.35$ M$_\odot$ helium-core pre-white dwarfs.

研究动机与目标

• 识别并表征具有大振幅径向振荡的新型脉动热亚矮星。
• 通过将观测到的脉动周期与理论模型对比，确定这些脉动星的演化状态。
• 检验这些恒星是低质量氦核心前白矮星还是更高质量的氦燃烧星。
• 评估是否可通过脉动周期的漂移来诊断其演化状态。
• 探讨辐射悬浮与增强金属度在铁不透明度跳变机制中激发径向脉动的作用。

提出的方法

• 利用齐威克瞬变天文台（Zwicky Transient Facility, ZTF）进行高采样率光变监测，以探测热亚矮星中的大振幅、单频脉动。
• 利用凯克望远镜与LCOGT望远镜进行相位分辨光谱观测，测量脉动周期内径向速度、有效温度与表面重力的变化。
• 利用MESA进行演化模型计算，生成低质量氦核心前白矮星与氦燃烧星的演化轨迹。
• 利用GYRE进行脉动模型计算，得出理论径向模态周期，以与观测结果对比。
• 进行光谱分析，以探测可能由双星伴星引起的径向速度偏移，并应用去卷积技术以隔离脉动引起的信号。
• 将观测到的脉动周期与理论模型对比，以约束质量与演化状态。

实验结果

研究问题

• RQ1 新发现的脉动星是否与低质量氦核心前白矮星一致，而非更高质量的氦燃烧星？
• RQ2 观测到的大振幅径向脉动是否可由辐射悬浮增强的铁不透明度跳变机制解释？
• RQ3 脉动周期及其随时间的演化是否能将前白矮星模型与氦燃烧星模型区分开来？
• RQ4 系统中是否存在双星伴星的证据？若无，这对演化路径有何含义？
• RQ5 未来监测是否能探测到周期漂移（dP/dt），从而确认前白矮星的演化状态？

主要发现

• 识别出四个高引力-BLAP候选体，具有蓝颜色（g−r ≤ −0.1 mag），脉动振幅 >5%，周期为200–475秒。
• 相位分辨光谱观测揭示了显著的径向速度、T eff 与 log(g) 变化，证实为大振幅径向脉动。
• 观测到的脉动周期与低质量氦核心前白矮星模型（0.25–0.35 M⊙）的匹配度优于更高质量的氦燃烧星模型。
• 未检测到除脉动引起的调制外的显著径向速度偏移，排除了存在质量大于0.1 M⊙、轨道周期较短的致密双星伴星。
• 前白矮星在约1 Myr内预测的周期漂移（dP/dt ≈ 10−12 s s−1）为区分不同演化情景提供了潜在的观测检验手段。
• 研究结果支持高引力-BLAPs与BLAPs属于同一类低质量氦核心前白矮星的演化序列。