[论文解读] Close pairs: keys to comprehension of the evolution of star clusters

D. Vanbeveren|ArXiv.org|Sep 18, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出，密近双星系统在理解星团演化中至关重要，尤其通过大质量双星相互作用驱动中等质量黑洞形成、延迟的Ia型超新星率、双中子星并合以及球状星团中的化学自增丰。利用包含更新恒星风质量损失模型的N体模拟，研究显示在MGG 11等致密星团中，通过失控并合可形成中等质量黑洞；而双中子星并合的延迟时间分布与银河系中铕元素的观测演化一致，表明其为关键的r-过程产物来源。

ABSTRACT

In this review I first summarize why binaries are key objects in the study of stellar populations, key objects to understand the evolution of star clusters, key objects to understand galaxies and thus the universe. I then focus on 4 specific topics: 1. the formation (via binaries) and evolution of very massive stars in dense clusters and the importance of stellar wind mass loss. I discuss preliminary computations of wind mass loss rates of very massive stars performed with the Munich hydrodynamical code, and the influence of these new rates on the possible formation of an intermediate mass black hole in the cluster MGG 11 in M82 2. the evolution of intermediate mass binaries in a starburst with special emphasis on the variation of the SN Ia rate (the delayed time distribution of SN Ia). A comparison with SN ia rates in elliptical galaxies may provide important clues on the SN Ia model as well as on the evolution of the SN Ia progenitors 3. the evolution of the double neutron stars mergers in a starburst (the delayed time distribution of these mergers) and what this tells us about the suggestion that these mergers may be important production sites of r-process elements 4. the possible effect of massive binaries on the self-enrichment of globular clusters.

研究动机与目标

• 研究密近双星如何在类似MGG 11的致密星团中驱动中等质量黑洞的形成。
• 理解星暴中Ia型超新星事件的延迟时间分布及其对前身星模型的启示。
• 评估双中子星并合在产生r-过程元素中的作用，以观测到的铕元素演化为约束条件。
• 探讨大质量双星如何通过质量损失机制（如RLOF和共包层演化）在球状星团中实现化学自增丰。

提出的方法

• 结合自洽恒星演化与慕尼黑流体动力学代码提供的更新风质量损失率的N体模拟。
• 利用布鲁塞尔群体合成代码进行双星群体合成模拟，计算Ia型超新星与双中子星并合的延迟时间分布（DTD）。
• 在大质量双星中引入RLOF/共包层/螺旋内缩质量损失情景，实现在低金属丰度下、高速度的物质喷射，而无需依赖极端旋转。
• 将双中子星并合的模拟DTD与太阳邻近区域观测到的铕元素演化进行比较，以检验r-过程生成能力。
• 采用Salpeter初始质量函数，并对双星质量比、轨道周期及共包层效率（α = 1）采用参数化分布。
• 在超新星爆发期间应用速度分布（v_kick ≈ 450 km/s）以评估双星系统的破坏与并合存活率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类似MGG 11的致密星团中，失控恒星并合是否可导致中等质量黑洞的形成？更新的风质量损失率在此过程中起到何种作用？
• RQ2 星暴中Ia型超新星的延迟时间分布与椭圆星系中的观测结果相比如何？这对Ia型超新星前身星模型有何启示？
• RQ3 星暴中双中子星并合的演化是否与银河系中观测到的铕元素时间演化一致？这是否支持其作为r-过程主要来源的角色？
• RQ4 在球状星团中，大质量双星是否能提供一种可行机制，实现自增丰而无需依赖快速旋转的大质量恒星？

主要发现

• 使用慕尼黑代码提供的更新风质量损失率对MGG 11星团进行模拟，显示失控并合可为中等质量黑洞的形成提供合理路径。
• 星暴中双中子星并合的延迟时间分布与太阳邻近区域观测到的铕元素演化高度一致，支持其作为重要r-过程产物来源的角色。
• 模拟结果表明，若30%的中等质量恒星处于短周期双星系统中，则在10^6 M⊙的星暴中可产生约10,000至15,000次Ia型超新星事件，凸显双星演化在星团群体中的关键作用。
• 在大质量双星中采用RLOF/共包层/螺旋内缩质量损失情景，可为低速喷射CNO处理物质提供可行替代方案，无需依赖快速旋转的大质量恒星，从而实现球状星团中的化学自增丰。
• 基于α = 1与v_kick = 450 km/s的群体合成模型所推导出的双中子星并合DTD在早期呈现强烈峰值，与观测到的铕丰度上升趋势一致。
• 研究表明，大质量双星可能比单星更有效地通过双星相互作用过程实现高效、低速的质量喷射，从而在球状星团中驱动自增丰。