[论文解读] EPIC 228782059: Asteroseismology of what could be the coolest pulsating helium-atmosphere white dwarf (DBV) known?

Ran Duan, Weikai Zong+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 1

一句话总结

本研究基于55.1天的K2光度观测，对一颗新发现的氦大气层白矮星（DBV）EPIC 228782059进行了星震学分析，识别出11个独立的脉动模态。利用白矮星演化代码（WDEC），作者推导出一个模型，其有效温度Teff = 21,910 ± 23 K，表面重力log g = 8.14 ± 0.01 dex，质量M∗ = 0.685 ± 0.003 M⊙，表明该星可能是目前已知最冷的脉动DBV星，对理论不稳定性条带模型构成挑战。

ABSTRACT

We present analysis of a new pulsating helium-atmosphere (DB) white dwarf, EPIC~228782059, discovered from 55.1~days of {\em K2} photometry. The long duration, high quality light curves reveal 11 independent dipole and quadruple modes, from which we derive a rotational period of $34.1 \pm 0.4$~hr for the star. An optimal model is obtained from a series of grids constructed using the White Dwarf Evolution Code, which returns $M_{*} = 0.685 \pm 0.003 M_{\odot}$, $T_{ m{eff}}= 21{,}910 \pm 23$\,K and $\log g = 8.14 \pm0.01$\,dex. These values are comparable to those derived from spectroscopy by Koester \& Kepler ($20{,}860 \pm 160$\,K and $7.94 \pm0.03$\,dex). If these values are confirmed or better constrained by other independent works, it would make EPIC~228782059 one of the coolest pulsating DB white dwarf star known, and would be helpful to test different physical treatments of convection, and to further investigate the theoretical instability strip of DB white dwarf stars.

研究动机与目标

• 利用高采样率的K2光度观测，识别并表征EPIC 228782059中的脉动模式，以确定其内部结构和演化状态。
• 检验EPIC 228782059是否位于理论DBV不稳定性条带内，特别是其冷端附近。
• 评估大气成分（尤其是微量氢）对有效温度和不稳定性条带边界的影响。
• 提供一个精确的星震学模型，可用于检验低质量白矮星中的对流处理和演化模型。

提出的方法

• 使用最优6像素孔径对55.1天的高精度K2光度数据进行分析，以最小化系统噪声。
• 在4.8σ显著性阈值以上识别出11个独立的脉动频率及两组线性频率组合。
• 利用旋转分裂模式（l=1和l=2模态的Δf ≈ 4.0和6.8 μHz）确定恒星的自转周期为34.1 ± 0.4小时。
• 基于光谱大气参数（Teff = 20,868 ± 160 K，log g = 7.914 ± 0.027 dex）使用白矮星演化代码（WDEC）构建演化模型网格。
• 将理论脉动周期与观测模态匹配，推导出最优模型，其m=0模态的周期差为0.131秒。
• 评估模型对仅含氦大气层假设的敏感性及潜在氢污染的影响，参考先前的光谱限制（log N(H)/N(He) < -4.2）。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于其推导出的Teff < 22,000 K，EPIC 228782059是否为目前已知最冷的脉动DBV恒星？
• RQ2 观测到的旋转分裂如何约束恒星的内部自转与结构？
• RQ3 大气中微量氢的存在在多大程度上影响推导出的有效温度和不稳定性条带位置？
• RQ4 EPIC 228782059的星震学模型能否与理论DBV不稳定性条带预测相协调，尤其是在其冷端附近？
• RQ5 所推导参数对低质量白矮星中对流建模和核心成分有何启示？

主要发现

• EPIC 228782059表现出11个独立的脉动模态，其频率高于4.8σ显著性阈值，包括l=1的偶极模态和l=2的四极模态。
• 通过脉动谱中的旋转分裂模式，测得恒星的自转周期为34.1 ± 0.4小时。
• 星震学模型得出其质量为0.685 ± 0.003 M⊙，有效温度为21,910 ± 23 K，表面重力为log g = 8.14 ± 0.01 dex。
• 推导出的Teff与光谱估计值（20,868 ± 160 K）一致，但低于22,000 K的阈值，表明其可能是目前已知最冷的DBV星之一。
• 该模型的最优拟合在理论与观测的m=0模态之间周期差为0.131秒，表明模型具有高度保真度。
• 该星位于理论DBV不稳定性条带的红边缘附近，暗示与当前模型可能存在张力，尤其是若考虑氢污染时。