[论文解读] Post-common-envelope binaries from SDSS. XIII: Mass dependencies of the orbital period distribution

M. Zorotovic, M. R. Schreiber+12 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用 38

一句话总结

本研究分析了斯隆数字巡天（SDSS）中后共有包层双星（PCEBs）的轨道周期分布，将白矮星为氦核心（He-WD）和碳/氧核心（C/O-WD）的系统分开。研究发现，He-WD PCEBs的中位轨道周期（0.28天）显著短于C/O-WD PCEBs（0.57天），且与近期理论预测相反，具有更大质量次星的系统拥有更长的共包层演化后轨道周期，为共包层演化效率提供了新的观测约束。

ABSTRACT

Post-common-envelope binaries (PCEBs) consisting of a white dwarf (WD) and a main-sequence secondary star are ideal systems to constrain models of common-envelope (CE) evolution. Until very recently, observed samples of PCEBs have been too small to fully explore this potential, however the recently identified large and relatively homogenous sample of PCEBs from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) has significantly changed this situation. We here analyze the orbital period distributions of PCEBs containing He- and C/O-core WDs separately and investigate whether the orbital period of PCEBs is related to the masses of their stellar components. We performed standard statistical tests to compare the orbital period distributions and to determine the confidence levels of possible relations. The orbital periods of PCEBs containing He-core WDs are significantly shorter than those of PCEBs containing C/O-core WDs. While the He-core PCEB orbital period distribution has a median value of Porb ~ 0.28 d, the median orbital period for PCEBs containing C/O-core WDs is Porb ~ 0.57 d. We also find that systems containing more massive secondaries have longer post-CE orbital periods, in contradiction to recent predictions. Our observational results provide new constraints on theories of CE evolution. However we suggest future binary population models to take selection effects into account that still affect the current observed PCEB sample.

研究动机与目标

• 研究后共有包层双星（PCEBs）的轨道周期是否与其中白矮星或主序星次星的质量相关。
• 通过分析来自斯隆数字巡天（SDSS）的大规模同质PCEB样本，检验共包层演化模型的预测。
• 评估包含氦核心与碳/氧核心白矮星的PCEB的观测周期分布是否存在差异，以反映不同的前身演化路径。
• 利用观测到的周期和质量数据，识别共包层效率参数（α_CE）对双星参数的潜在依赖关系。
• 评估当前PCEB样本中的选择效应，并为未来观测工作提出建议，以进一步约束共包层演化。

提出的方法

• 作者根据白矮星核心成分将SDSS PCEB样本分为两组：氦核心与碳/氧核心白矮星。
• 采用统计假设检验（Kolmogorov-Smirnov检验与Anderson-Darling检验）比较两组的轨道周期分布。
• 通过非参数相关性检验，研究共包层演化后轨道周期与主序次星质量之间的相关性。
• 通过参考先前关于SDSS PCEB样本中选择效应的研究，特别是白矮星质量与轨道周期方面的偏差，对观测偏差进行了校正。
• 理论解释基于共包层演化能量预算模型，包括标准α_CE形式化方法。
• 作者使用重构算法评估与观测系统一致的α_CE值可能范围，承认由于初始条件的退化性而存在不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 包含氦核心白矮星的PCEBs与包含碳/氧核心白矮星的PCEBs之间，轨道周期分布是否存在显著差异？
• RQ2 PCEB的轨道周期是否如某些共包层演化模型所预测的那样，与主序次星的质量相关？
• RQ3 观测到的周期分布是否与恒定的共包层效率参数（α_CE）一致，还是表明其对双星参数存在依赖？
• RQ4 当前SDSS PCEB样本中的选择效应在多大程度上影响了轨道周期与恒星质量之间的观测相关性？
• RQ5 观测趋势是否能用系统中可用的轨道能量来解释，还是需要对共包层阶段进行更复杂的解释？

主要发现

• 包含氦核心白矮星的PCEBs的中位轨道周期为0.28天，显著短于包含碳/氧核心白矮星的PCEBs的0.57天。
• 氦核心PCEBs的轨道周期分布峰值出现在较短周期，表明其演化路径与碳/氧核心系统明显不同。
• 与近期理论预测相反，次星质量越大，共包层演化后的轨道周期越长。
• 当前样本中次星质量与轨道周期之间的趋势具有稳健性，但次星质量范围较窄，限制了统计显著性。
• 数据与恒定的共包层效率参数（α_CE）一致，但重构算法显示，每个系统均存在广泛的可能初始配置。
• 作者得出结论：未来的双星群体模型必须纳入详细的观测选择效应，并考虑初始条件的完整范围，以准确检验α_CE的依赖关系。