[论文解读] A Quadruple or Triple Origin For Tycho B and SN 1572

Todd A. Thompson, Andrew Gould|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出，位于第谷超新星遗迹中心的金属丰度较低的A型恒星Tycho B，其起源可能为四重星系统，其中一颗K/G型双星合并形成蓝离序星，或为三重星系统，其中它作为第三星伴幸存。两种情景均涉及科兹艾-利多夫振荡与潮汐摩擦驱动双星合并，观测到的金属丰度与自转速度与此类演化路径一致，尽管仍存在运动学上的不一致问题。

ABSTRACT

Kerzendorf et al. (2012) recently reported the startling discovery of a metal-poor ([Fe/H]=-1 +/- 0.4) A-type star near the center of the Tycho supernova remnant. We propose two possible explanations. In the first, Tycho B is a blue straggler, formed from the merger of a close K- or G-type binary system, which was previously in a quadruple system with the binary that produced SN 1572. Both binaries were likely brought to tidal contact by Kozai-Lidov oscillations acting in concert with tidal friction. Analogous progenitor systems may include CzeV343, VW LMi, and KIC 4247791. In the second, Tycho B is the surviving tertiary component of a triple system, which was also likely affected by Kozai-Lidov oscillations. Rates are briefly discussed. Problems with each evolutionary scenario are presented. Finally, a chance alignment between Tycho B and the supernova remnant is not excluded.

研究动机与目标

• 解释位于第谷超新星遗迹中心的金属丰度较低的A型恒星Tycho B的起源，其性质与标准演化模型相悖。
• 调查SN 1572的前身星系统是否可能属于更高阶的多星系统，鉴于遗迹中未发现明显的双星伴星。
• 评估科兹艾-利多夫振荡与潮汐摩擦在驱动双星合并形成蓝离序星与Ia型超新星中的可行性。
• 基于观测到的多重性频率与开普勒数据，评估此类系统在银河系中出现的统计可能性。

提出的方法

• 对包含A/B-A/B与K/G-K/G双星的分层四重与三重系统进行建模，假设其约100亿年前在厚盘中形成。
• 应用科兹艾-利多夫振荡与潮汐摩擦，驱动内层双星达到潮汐接触并最终合并。
• 利用质量损失诱导的偏心科兹艾-利多夫机制（MIEK）解释后AGB阶段质量损失如何触发大偏心率与潮汐接触，特别是在大质量双星中。
• 利用开普勒调查数据与多重性统计估算此类系统的出现率，尤其关注食双星。
• 将理论预测与CzeV343、VW LMi与KIC 4247791等观测系统进行比较，以验证所提构型的合理性。
• 评估Tycho B的运动学与化学一致性，特别是其[Fe/H] ≈ -1与V sin i ≈ 170 km s⁻¹，与所提演化路径的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 Tycho B的观测特性——包括其金属丰度、自转速度与位置——能否通过分层多星系统中双星合并形成的蓝离序星来解释？
• RQ2 在遗迹中未发现幸存双星伴星的背景下，SN 1572是否可能源自四重或三重系统中白矮星-白矮星双星的合并？
• RQ3 在高阶系统中，科兹艾-利多夫振荡与潮汐摩擦在驱动密近双星与蓝离序星形成方面的作用程度如何？
• RQ4 具有两个密近双星的分层四重系统有多常见？其频率是否与观测到的Ia型超新星速率一致？
• RQ5 若Tycho B在厚盘中形成并发生迁移，其与薄盘群体一致的运动学特性是否可与其低金属丰度起源相协调？

主要发现

• Tycho B的观测金属丰度（[Fe/H] ≈ -1 ± 0.4）与高自转速度（V sin i ≈ 170 km s⁻¹）与通过恒星合并形成的中等质量、低金属丰度A型蓝离序星一致。
• 类似CzeV343、VW LMi与KIC 4247791的系统存在，支持了包含两个密近双星的分层四重系统的合理性。
• 基于开普勒数据，分层四重系统中具有两个密近双星的中等质量恒星比例估计为~0.6%，95%置信区间为0.3%至1.8%。
• 理论建模表明，含A/B-A/B双星的系统更易受质量损失诱导的偏心科兹艾-利多夫机制（MIEK）影响，从而增加白矮星-白矮星合并的可能性。
• 运动学数据表明Tycho B与薄盘群体一致，这给厚盘起源假说带来挑战，尽管其可能来自银河系外缘的迁移仍为可能。
• 此类系统的出现率与观测到的Ia型超新星速率一致，支持了大量Ia事件可能源自高阶多星系统的观点。