[论文解读] Binaries discovered by the SPY project. IV. Five single-lined DA double white dwarfs

G. Nelemans, R. Napiwotzki+9 more|Radboud Repository (Radboud University)|Jun 10, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 45被引用 52

一句话总结

本文针对SPY巡天中发现的五颗单线DA型双白矮星双星系统提供了轨道解，确认了其轨道周期短（0.44–3.22天）且轨道紧密，通过红外测光识别出冷却的、富含氦的白矮星伴星。伴星光谱线的缺失排除了主序星的可能性，支持存在古老、冷却的白矮星伴星，从而完善了双白矮星演化模型，并为Ia型超新星的前身体场景提供了新约束。

ABSTRACT

We present results from our ongoing follow-up observations of double white dwarf binaries detected in the ESO SN Ia Progenitor SurveY (SPY). We discuss our observing strategy and data analysis and present the orbital solutions of five close double white dwarf binaries: HE0320-1917, HE1511-0448, WD0326-273, WD1013-010 and WD1210+140. Their periods range from 0.44 to 3.22 days. In none of these systems we find any spectral lines originating from the companion. This rules out main sequence companions and indicates that the companion white dwarfs are significantly older and cooler than the bright component. Infrared photometry suggests the presence of a cool, helium-rich white dwarf companion in the binary WD0326-273. We briefly discuss the consequences of our findings for our understanding of the formation and evolution of double white dwarfs.

研究动机与目标

• 确定SPY巡天中五颗近距离双白矮星系统的轨道参数，并确认其性质。
• 研究次星成分光谱线缺失的原因，排除主序星伴星的可能性。
• 利用测光与光谱数据评估次白矮星的演化状态。
• 约束质量比分布，并检验双白矮星的群体合成模型。
• 评估这些系统在理解Ia型超新星前身体场景及LISA引力波源中的作用。

提出的方法

• 利用拉帕拉玛和帕拉纳尔天文台的INT、WHT和UVES仪器进行光谱后续观测。
• 在卡拉斯托天文台使用TWIN和IDS仪器进行高分辨率光学光谱观测。
• 通过单线系统径向速度曲线建模推导轨道解。
• 利用红外测光探测并表征WD0326−273等系统中冷却的、富含氦的白矮星伴星。
• 应用基于Hansen（1999）和Nelemans等（2004）的冷却模型，估算白矮星质量与年龄。
• 将观测到的周期–质量比分布与理论群体合成模型进行统计比较，通过倾角概率（95%置信区间）传播不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SPY巡天中发现的五颗单线双白矮星系统的轨道参数与质量比是什么？
• RQ2 为何未探测到次星成分的光谱线？这对其温度与演化状态有何含义？
• RQ3 红外测光能否证实WD0326−273中存在一颗冷却的、富含氦的白矮星伴星？
• RQ4 观测到的周期–质量比分布与双白矮星的理论群体合成模型相比如何？
• RQ5 这些系统在多大程度上支持或挑战了共包层阶段物理机制及双白矮星并合作为Ia型超新星前身体的场景？

主要发现

• 确认了五颗近距离双白矮星双星系统（HE0320−1917、HE1511−0448、WD0326−273、WD1013−010、WD1210+140），其轨道周期介于0.44至3.22天之间。
• 次星成分光谱线的缺失排除了主序星伴星的可能性，表明次星为一颗冷却的、古老的白矮星，具有低质量与低光度。
• 红外测光为WD0326−273中存在一颗冷却的、富含氦的白矮星伴星提供了证据，与低质量、演化充分的次星一致。
• 观测到的周期–质量比分布显示在0.5至1天之间无显著间隙，表明早期观察到的间隙实为小样本统计效应所致。
• 基于修正的共包层演化方案（Nelemans等，2001）的理论模型与观测结果总体吻合良好，尽管周期较长的单线系统观测到的质量比低于理论预测值。
• 采用恒定氢包层质量的冷却模型（Hansen 1999；Nelemans等 2004）比早期假设包层质量可变的模型更符合观测到的质量分布，显著减少了对极低质量白矮星的预测数量。