[论文解读] High Mass Black Holes in Soft X-Ray Transients: Gap in Black Hole Masses ?

G. E. Brown, C. H. Lee+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 6

一句话总结

本文提出，当大质量恒星在经历氦核心燃烧后，通过与低质量主序星组成的双星系统发生公共包层演化，其氢包层被剥离，从而形成质量为几个太阳质量的高质黑洞。该模型通过表明此类系统避免形成低质量黑洞，自然解释了观测中2–5倍太阳质量范围内黑洞稀少的现象。

ABSTRACT

We suggest that high-mass black holes; i.e., black holes of several solar masses, can be formed in binaries with low-mass main-sequence companions, provided that the hydrogen envelope of the massive star is removed in common envelope evolution which begins only after the massive star has finished He core burning. Our evolution scenario naturally explains the gap (low probability region) in the observed black hole masses.

研究动机与目标

• 解释观测到的黑洞质量间隙，特别是2–5倍太阳质量范围内黑洞稀少的原因。
• 研究软X射线暂现源系统中高质黑洞的形成路径。
• 探讨公共包层演化如何影响双星系统中黑洞质量分布。
• 确定质量间隙是否源于双星演化中的物理限制，而非观测偏差。

提出的方法

• 建模双星演化过程，其中大质量恒星在核心氦燃烧后启动公共包层演化。
• 将公共包层形式化应用于主星为已剥离氢包层的大质量恒星的系统。
• 假设仅在核心氦燃烧完成后才发生包层抛射，以防止形成低质量黑洞。
• 基于氦核心质量与包层抛射效率，计算由此产生的黑洞质量分布。
• 将预测的质量分布与软X射线暂现源中观测到的黑洞质量进行比较。
• 评估角动量与质量转移在决定最终黑洞质量中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低质量伴星的双星系统中，公共包层演化是否能自然产生高质黑洞，而不会形成低质黑洞？
• RQ2 为何2–5倍太阳质量范围内黑洞数量稀少？这是由形成物理机制导致，还是观测偏差所致？
• RQ3 公共包层启动时机——即在核心氦燃烧之后——是否对最终黑洞质量起关键作用？
• RQ4 此类系统中，氦核心质量如何影响最终黑洞质量？
• RQ5 该形成情景能否解释软X射线暂现源系统的观测特性？

主要发现

• 该模型预测，通过此机制形成的黑洞质量在几个太阳质量量级，与观测结果一致。
• 公共包层抛射发生在核心氦燃烧之后，可防止低质量黑洞形成，从而解释了观测到的质量间隙。
• 当包层抛射在特定演化条件下发生时，具有低质量主序星伴星的系统是形成高质黑洞的可行场所。
• 该模型无需依赖观测选择效应，即可自然解释2–5倍太阳质量范围内黑洞的缺失。
• 该情景与软X射线暂现源系统的观测特性一致，特别是其X射线行为与双星特征。
• 以这种方式形成高质黑洞可避免中间质量黑洞的形成，与当前观测约束相符。