[论文解读] Binaries discovered by the SPY survey VI. Discovery of a low mass companion to the hot subluminous planetary nebula central star EGB\,5 - A recently ejected common envelope?

S. Geier, R. Napiwotzki+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用 10

一句话总结

本文报告了在热亚巨星B型星EGB 5周围发现一颗低质量伴星（M₂ > 0.14 M☉），其轨道周期为16.5天，该系统可能通过共用包层抛射形成，星云可能是该抛射包层的残余物，因此为这一尚不明确的双星演化阶段提供了罕见的直接观测证据。

ABSTRACT

Hot subdwarf B stars (sdBs) in close binary systems are assumed to be formed via common envelope ejection. According to theoretical models, the amount of energy and angular momentum deposited in the common envelope scales with the mass of the companion. That low mass companions near or below the core hydrogen-burning limit are able to trigger the ejection of this envelope is well known. The currently known systems have very short periods $\simeq0.1-0.3\,{ m d}$. Here we report the discovery of a low mass companion ($M_{ m 2}>0.14\,M_{ m \odot}$) orbiting the sdB star and central star of a planetary nebula EGB\,5 with an orbital period of $16.5\,{ m d}$ at a minimum separation of $23\,R_{ m \odot}$. Its long period is only just consistent with the energy balance prescription of the common envelope. The marked difference between the short and long period systems will provide strong constraints on the common envelope phase, in particular if the masses of the sdB stars can be measured accurately. Due to selection effects, the fraction of sdBs with low mass companions and similar or longer periods may be quite high. Low mass stellar and substellar companions may therefore play a significant role for the still unclear formation of hot subdwarf stars. Furthermore, the nebula around EGB\,5 may be the remnant of the ejected common envelope making this binary a unique system to study this short und poorly understood phase of binary evolution.

研究动机与目标

• 调查热亚巨星B型星的形成机制，特别是双星系统中共同包层抛射的作用。
• 确定低质量伴星是否能触发共同包层抛射，尤其是在轨道周期长于典型值的系统中。
• 评估EGB 5周围微弱星云是否为被抛射的共同包层残余物，从而为该阶段提供直接观测证据。
• 通过将轨道参数与伴星质量与理论模型进行比较，约束共同包层抛射的效率。
• 评估在探测长周期sdB双星时存在的选择效应及其对这类系统真实频率的影响。

提出的方法

• 利用VLT上的UVES及其他仪器（ISIS、TWIN）进行高分辨率光谱观测，测量sdB主星的径向速度变化。
• 基于多个历元的径向速度曲线解算轨道解，得到周期为16.537天，伴星最小质量为0.14 M☉。
• 利用高分辨率光谱对EGB 5的大气参数进行精修，确认其为核心氦燃烧型sdB星（T_eff = 34,000 ± 400 K，log g = 5.85 ± 0.05）。
• 将轨道能量变化与红巨星前身星的结合能进行比较，以评估共同包层抛射的可行性。
• 基于能量平衡公式，利用理论模型计算共同包层抛射效率（α），假设伴星被吞噬并发生内旋。
• 分析星云的形态与运动学特征，基于先前研究（Frew et al. 2010）判断其是否为行星状星云或斯特朗姆贝格球。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个质量大于0.14 M☉的低质量伴星，在16.5天的轨道上是否能触发共同包层抛射，且与理论能量平衡模型一致？
• RQ2 围绕EGB 5的微弱星云是否为被抛射的共同包层残余物，从而为该形成阶段提供直接证据？
• RQ3 为何像EGB 5这样具有长轨道周期的系统与典型的短周期sdB+dM双星（0.1–0.3天）不同？这对共同包层抛射效率意味着什么？
• RQ4 选择效应如何影响sdB双星的周期分布观测结果？有多少比例的sdB星可能拥有周期≥10天的低质量伴星？
• RQ5 理论模型建议，由于内旋时间较长，低质量伴星的共同包层抛射效率（α）是否更高？

主要发现

• 在sdB星EGB 5周围发现了一颗质量M₂ > 0.14 M☉的低质量伴星，其轨道周期为16.537天，使该系统成为目前已确认的拥有低质量伴星的最长周期sdB双星。
• 轨道能量变化恰好足以将共同包层抛射，使该系统处于共同包层抛射能量平衡理论模型的理论极限上。
• EGB 5周围的星云很可能是被抛射的共同包层残余物，使该系统成为共同包层阶段的唯一观测探针。
• 该系统的长周期与低质量伴星特性与典型sdB+dM双星（0.1–0.3天）形成鲜明对比，表明此类系统可能因观测偏倚而被低估。
• 伴星的质量与轨道周期表明共同包层抛射效率（α）较高，可能高于质量更大的伴星，支持理论模型中关于低质量伴星效率更高的推测。
• 该发现表明，低质量伴星可能在sdB形成中扮演重要角色，且此类伴星的真实比例可能很高，尤其是在长周期系统中。