[论文解读] Hot subdwarfs from the ESO Supernova Ia Progenitor Survey - I. Atmospheric parameters and cool companions of sdB stars

T. Lisker, U. Heber+5 more|ArXiv.org|Sep 6, 2004

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 31被引用 81

一句话总结

本研究利用高分辨率光学光谱对来自欧洲南方天文台超新星Ia前体星调查（ESO Supernova Ia Progenitor Survey）的76颗亚巨星B型星（sdB）进行了同质性分析，通过局部热动平衡（LTE）和非局部热动平衡（NLTE）合成光谱拟合，确定其大气参数（Teff, log g, He丰度）。结果表明，双星演化合成模型最能再现观测到的T_eff–log g分布，但无法匹配光度函数，提示在sdB形成情景中，需改进对共用包层喷射效率和前体星质量分布的建模。

ABSTRACT

We present the analysis of a high-resolution, high-quality sample of optical spectra for 76 subdwarf B (sdB) stars from the ESO Supernova Ia Progenitor Survey (SPY). Effective temperature, surface gravity, and photospheric helium abundance are determined simultaneously by fitting the profiles of hydrogen and helium lines using synthetic spectra calculated from LTE and NLTE model atmospheres. We perform a detailed comparison of our measurements with theoretical calculations, both for single star evolution and for binary population synthesis models of close binary evolution. The luminosity evolution given by the standard EHB evolutionary tracks from Dorman et al. (1993) shows an overall agreement in shape with our observations, although a constant offset in luminosity exists. The various simulation sets for binary formation channels of sdB stars calculated by Han et al. (2003) are compared individually to our data for testing our current understanding of sdB formation processes and the physical effects involved. The best-matching sets manage to reproduce the observed sdB distribution in the temperature-gravity-plane well. However, they do not match the observed cumulative luminosity function, indicating that theoretical improvement is necessary. We also investigate composite-spectrum objects showing clear signatures of a cool companion with optical and infrared photometry. These stars have cool main sequence companions of spectral types F to K. Typical helium abundances of composite and non-composite sdB stars do not differ.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学，对76颗sdB星的同质样本进行精确的大气参数（Teff, log g, He丰度）测定。
• 检验观测到的sdB星特性与单星和双星演化合成模型理论演化轨迹的一致性。
• 通过复合光谱分析和测光数据，调查sdB系统中低温伴星的存在与性质。
• 评估不同双星形成通道（如RLOF、共用包层喷射、He-He并合）对观测到的sdB星群体的相对贡献。
• 评估当前理论模型在再现观测到的光度函数和T_eff–log g平面分布方面的局限性。

提出的方法

• 利用帕拉纳天文台的甚大望远镜（VLT），从ESO SPY调查中获取76颗sdB星的高分辨率、高信噪比光学光谱。
• 采用局部热动平衡（LTE）和非局部热动平衡（NLTE）模型大气进行合成光谱拟合，通过氢和氦谱线轮廓同时推导出Teff、log g和氦丰度。
• 进行光学和红外测光，以识别和表征复合光谱天体中的低温主序星伴星（F–K型）。
• 将观测到的大气参数和光度函数与Dorman等（1993）的理论演化轨迹以及HPMM（2003）的双星演化合成模型进行比较。
• 评估复合与非复合sdB星之间观测到的He丰度一致性，以检验是否存在选择效应。
• 分析四颗单线sdB星中异常的Hα轮廓，以搜寻恒星风或质量损失的迹象。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准单星演化轨迹在多大程度上能再现观测到的sdB星在T_eff–log g平面中的分布？
• RQ2 哪些双星形成通道（如稳定RLOF、共用包层喷射、He-He并合）最能再现观测到的sdB星大气参数分布？
• RQ3 观测到的sdB星光度函数在多大程度上与双星演化合成模型的预测一致？
• RQ4 sdB星在有无低温伴星之间是否存在氦丰度的系统性差异，提示选择偏差？
• RQ5 观测到的特性对共用包层喷射效率和前体星初始质量分布的效率施加了何种约束？

主要发现

• Dorman等（1993）的单星演化轨迹在形状上与观测到的T_eff–log g分布高度一致，但存在恒定的光度偏移。
• HPMM（2003）的双星演化合成模型最能再现观测到的T_eff–log g分布，尤其是在考虑共用包层喷射和RLOF通道时。
• 最佳匹配的模拟集合无法再现观测到的累积光度函数，特别是对于假设100%共用包层喷射效率的模型（集合3、9、12）。
• 数据拒绝了前体星系统初始质量分布无关联的假设，集合4、5和6被数据排除。
• 在复合与非复合sdB星之间未发现显著的氦丰度差异，表明He丰度测量中无明显选择偏差。
• 四颗单线sdB星表现出异常的Hα轮廓，可能暗示存在质量损失或恒星风活动，但尚无法得出明确结论。