[论文解读] Binaries discovered by the SPY project. III. HE2209-1444: a massive, short period double degenerate

C. A. Karl, R. Napiwotzki+5 more|ArXiv.org|Sep 26, 2003

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 23被引用 20

一句话总结

本文报告了对HE 2209-1444的发现及其详细表征，这是一个由两颗质量相等的DA型白矮星组成的高质量、短周期双白矮星双星系统，每颗质量为0.58 M☉，总系统质量为1.15 ± 0.07 M☉。通过多历元光谱的径向速度曲线观测，该系统的轨道周期为6小时38分47秒，由于引力波辐射，将在50亿年内合并，使其成为检验Ia型超新星双白矮星前身星模型的关键天体，尽管其质量尚未达到钱德拉塞卡极限。

ABSTRACT

In the course of our search for double degenerate (DD) binaries as potential progenitors of type Ia supernovae with the UVES spectrograph at the ESO VLT (ESO SN Ia Progenitor surveY - SPY) we discovered HE2209-1444 to be a double-lined system consisting of two DA white dwarfs. From the analysis of the radial velocity curve we determined the period of the system to be P = 6h 38m 47s. The semi-amplitudes for both individual components are 109 km/s each. A model atmosphere analysis enabled us to derive individual temperatures for both components (8490 K and 7140 K, resp.) and masses of 0.58 Msol for each component. The total mass of the system is 1.15 +/- 0.07 Msol. The system will loose angular momentum due to gravitational wave radiation and therefore will merge within 5 Gyrs -- less than a Hubble time. HE2209-1444 is the second massive, short period double degenerate detected by SPY. Its total mass is about 20 % below the Chandrasekhar mass limit and therefore it does not qualify as a potentional SN Ia progenitor. However, together with our previous detections it supports the view that Chandrasekhar mass systems do exist.

研究动机与目标

• 识别并表征高质量、短周期双白矮星（DD）双星，作为Ia型超新星潜在前身星。
• 利用多历元光谱的径向速度曲线，确定HE 2209-1444的轨道参数和组分质量。
• 通过引力波驱动的合并 timescale 计算，评估该系统的演化命运。
• 将HE 2209-1444的观测特性与双白矮星的理论群体合成模型进行比较。
• 检验该系统的参数与当前共同包层演化及角动量损失模型的一致性。

提出的方法

• 从欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）及其他天文台（卡拉阿托、拉帕尔马、帕拉纳）获取的高分辨率UVES光谱中提取径向速度曲线。
• 对所有轨道相位的光谱应用联合谱线拟合方法，以确定共同表面重力（log g = 7.97）和各自主温。
• 通过将观测到的温度和重力与Benvenuto & Althaus（1999）的理论冷却轨迹进行比较，估算恒星质量。
• 利用径向速度半振幅和所推导的质量计算轨道倾角，得出 i = 40°。
• 对引力波驱动的角动量损失进行建模，以估算合并 timescale。
• 将该系统的特性与群体合成模型（Nelemans et al. 2001）的预测进行比较，特别是模型A2，以评估其与动力学质量转移和共同包层演化的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于径向速度曲线，HE 2209-1444双白矮星双星的轨道参数和组分质量是什么？
• RQ2 HE 2209-1444是否具有足够的总质量和足够短的合并 timescale，可被视为Ia型超新星的潜在前身星？
• RQ3 HE 2209-1444的观测质量与轨道周期如何与双白矮星群体合成模型的理论预测相比较？
• RQ4 组分的质量比是否与包含动力学不稳定性质量转移或标准共同包层演化模型一致？
• RQ5 该系统在质量-周期图中的位置揭示了密近双白矮星系统形成与演化过程的哪些信息？

主要发现

• HE 2209-1444的轨道周期为6小时38分47秒，两颗组分的径向速度半振幅均为109 km/s，表明质量比对称。
• 两颗白矮星的温度分别为8490 K和7140 K，具有共同的表面重力 log g = 7.97。
• 每颗组分的质量为0.58 M☉，总系统质量为1.15 ± 0.07 M☉。
• 由于引力波辐射，该系统将在50亿年内合并，处于哈勃 timescale 内，符合超新星前身星的演化条件。
• 推导出的轨道倾角为40°，与观测到的径向速度振幅和质量估计一致。
• 该系统在质量-周期图中的位置及其质量比与近期包含动力学不稳定性质量转移的群体合成模型一致，支持非标准共同包层演化情景。