[论文解读] Binary Planetary Nebulae Nuclei towards the Galactic Bulge. I. Sample Discovery, Period Distribution and Binary Fraction

B. Miszalski, A. Acker+3 more|ArXiv.org|Jan 28, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 81被引用 120

一句话总结

本研究利用OGLE-III测光数据，在银河系银心区域识别出21个新的周期性双星中央星（CSPNe），使已知样本数量翻倍。研究发现，密近双星比例为12–21%，首次提供了对先前调查中10–15%估计值的稳健独立验证，并表明双星系统并非塑造行星状星云形态的主导因素。

ABSTRACT

Binarity has been hypothesised to play an important, if not ubiquitous, role in the formation of planetary nebulae (PNe). Yet there remains a severe paucity of known binary central stars required to test the binary hypothesis and to place strong constraints on the physics of the common-envelope (CE) phase of binary stellar evolution. Large photometric surveys offer an unrivalled opportunity to efficiently discover many binary central stars. We have combined photometry from the OGLE microlensing survey with the largest sample of PNe towards the Galactic Bulge to systematically search for new binaries. A total of 21 periodic binaries were found thereby more than doubling the known sample. The orbital period distribution was found to be best described by CE population synthesis models when no correlation between primary and secondary masses is assumed for the initial mass ratio distribution. A comparison with post-CE white dwarf binaries indicates both distributions are representative of the true post-CE period distribution with most binaries exhibiting periods less than one day. An estimated close binary fraction of 12--21% is derived and is the first robust and independent validation of the prevailing 10--15% fraction estimated by Bond (2000). This suggests that binarity is not a precondition for the formation of PNe and that close binaries do not play a dominant role in the shaping of nebular morphologies. Systematic effects and biases of the survey are discussed with implications for future photometric surveys.

研究动机与目标

• 利用测光巡天系统性地发现银河系银心区域的新型双星中央星（CSPNe）
• 确定后共有包层双星的轨道周期分布，并与星族合成模型进行比较
• 独立于先前调查估算CSPNe中密近双星的比例，以检验双星在塑造行星状星云中的作用
• 评估测光巡天中的系统性偏差，并为未来CSPNe巡天设计提供参考

提出的方法

• 结合OGLE微引力透镜巡天的测光光变曲线与现有最大的银河系银心行星状星云样本
• 应用周期性检测算法，识别出表现出掩食或椭球调制特征的光变曲线，指示双星系统
• 利用星族合成模型，比较观测到的周期分布与理论预测，变化初始质量比分布和α_CE效率的假设
• 通过统计分析估算密近双星比例，同时考虑巡天的完备性和选择效应
• 通过与已知后共有包层白矮星双星的周期分布及现有文献比较，验证结果的可靠性
• 利用AAOmega进行后续径向速度观测，交叉检验测光探测结果并评估巡天偏差

实验结果

研究问题

• RQ1 后共有包层双星中央星在银河系银心区域的真实轨道周期分布是什么？
• RQ2 CSPNe中密近双星比例的稳健独立估计值是多少？与先前估计值相比如何？
• RQ3 双星相互作用在多大程度上塑造了行星状星云的形态，特别是双极或非对称形态？
• RQ4 测光巡天中的选择效应在多大程度上影响了双星CSPNe的探测？未来巡天应如何优化？
• RQ5 当前的共有包层演化模型是否能在不假设主星与次星质量之间相关性的前提下，解释观测到的周期分布？

主要发现

• 本研究发现了21个新的周期性双星中央星，使银河系银心区域已知样本数量翻倍以上。
• 当初始质量比分布中不假设主星与次星质量之间相关性时，观测到的轨道周期分布最符合共有包层星族合成模型的预测。
• 估算的CSPNe中密近双星比例为12–21%，首次提供了对Bond（2000）广泛引用的10–15%估计值的稳健且独立的验证。
• 样本中后共有包层双星的周期分布与已知后共有包层白矮星双星的周期分布一致，表明两组样本均反映了真实的底层分布。
• 结果不支持‘绝大多数行星状星云仅通过双星演化形成’或‘密近双星主导星云形态塑造’的假设。
• 识别出测光巡天中的系统性偏差，特别是对明亮行星状星云的偏见以及星场密度效应，对未来的VVV和SkyMapper等巡天具有启示意义。