[论文解读] Final common envelope ejection by migration and jets

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用 13

一句话总结

本文提出用喷流反馈机制（JFM）替代标准的α_CE共同包层（CE）抛射方案，该机制由主序星伴星在轨道迁移过程中形成的高度扁平、致密的包轨道双星盘中吸积驱动。JFM通过高速喷流高效抛射剩余包层，模拟表明喷流可提供比α_CE机制更多的能量，解决了长期存在的不完全抛射问题，并解释了行星状星云中观测到的X射线辐射等后CE结构。

ABSTRACT

I summarize recent analytical and numerical studies of the common envelope (CE) process and suggest to replace the commonly used alpha-prescription for the CE ejection by a prescription based on final migration and jets launched by the companion or the core of the giant stellar primary. In the migration process the core-companion binary systems is surrounded by a highly oblate (flatten) envelope, a thick circumbinary disk, formed by the large angular momentum transferred from the core-companion system to the envelope. I then show that the energy that can be released by an accreting main sequence companion can surpass the mutual gravitational energy of the core and the companion. An efficient channel to leash the accretion energy to expel the CE is through jets operating via a feedback mechanism (JFM).

研究动机与目标

• 解决双星演化中尚未解决的共同包层（CE）抛射不完全问题，即模拟与观测均表明大部分包层质量仍被束缚。
• 通过引入一种新的最终抛射机制，挑战标准的α_CE能量方案，该方案假设仅靠内旋过程的引力能即可使包层脱离。
• 解释后CE双星系统的存活以及椭圆行星状星云和弥漫X射线辐射等观测结构的形成。
• 提出由主序星伴星通过反馈机制（JFM）喷出的喷流，是最终包层脱离的主要能量来源。
• 证明喷流反馈机制（JFM）可超越α_CE方案提供的能量，即使仅靠迁移无法实现抛射，也能实现高效抛射。

提出的方法

• 将共同包层阶段建模为两阶段过程：首先，核心-伴星双星通过角动量转移将动量传递给包层，形成高度扁平、致密的包轨道双星盘。
• 引入一种新的吸积构型，即伴星从其轨道外部的扁平包层中吸积物质，即使在低密度条件下也能实现稳定盘的形成。
• 应用喷流反馈机制（JFM），其中最多20–40%的吸积质量以速度≳500 km s⁻¹的双极喷流形式喷出，形成高温、低密度气泡。
• 采用能量平衡：E_bind = E_jets + E_α_CE，其中在大多数存活系统中E_jets > E_α_CE，表明喷流主导最终抛射能量。
• 引入反馈回路：喷流驱动的气泡膨胀将气体推向赤道平面，补充盘（正反馈），而包层的去除则减少吸积（负反馈）。
• 预测后CE喷流活动（PCEJs）可塑造行星状星云并产生弥漫X射线辐射，可在年轻椭圆状PNe中观测到。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何模拟与观测显示仅有约25%的CE被抛射，其余质量仍被束缚，与α_CE方案相矛盾？
• RQ2 当α_CE机制失效时，主序星伴星喷出的喷流是否能提供足够能量使剩余CE脱离？
• RQ3 在高度扁平、低密度的共同包层环境中，何种物理条件可实现吸积盘形成与喷流发射？
• RQ4 与标准模型相比，喷流反馈机制（JFM）如何改变最终CE阶段的能量预算与动力学？
• RQ5 在后CE系统与行星状星云中，哪些观测特征（如弥漫X射线辐射）可归因于JFM？

主要发现

• 喷流反馈机制（JFM）可为包层抛射提供比标准α_CE方案更多的能量，在大多数存活双星系统中E_jets > E_α_CE。
• 主序星伴星以速度≳700 km s⁻¹喷出的喷流可形成高温、低密度气泡，通过激波加热与膨胀高效地去除包层质量。
• CE演化后的最终轨道间距并非由α_CE决定，而是由迁移、盘吸积与喷流反馈的相互作用决定，迁移使间距减小至~5–30 R☉。
• 约20–40%的吸积质量被喷出为喷流，且吸积质量约为核心质量的0.1倍，从而实现高效的能量传递。
• 后CE喷流（PCEJs）可在抛射后持续存在，塑造行星状星云并产生弥漫X射线辐射，与部分椭圆状PNe的观测一致。
• JFM主要在CE演化阶段c期间起作用——即伴星深嵌于包层、包层高度扁平时——使其成为晚期、最终抛射机制。