[论文解读] Post-red-giant-branch Planetary Nebulae

David Jones, T. C. Hillwig+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2023

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本文综述了观测与理论证据，表明部分行星状星云（PNe）起源于红巨星分支（RGB）阶段的公共包层（CE）事件，而不仅限于渐近巨星分支（AGB）阶段。研究识别出8个后RGB中心星的强候选体，基于多波段光变曲线、径向速度曲线及非局部热动平衡（NLTE）光谱建模，关键结果表明：尽管部分参数存在差异，某些系统的质量与光度与后RGB演化一致，这些差异可能揭示当前后CE演化模型中的缺陷。

ABSTRACT

Common envelope events have been associated with the formation of a planetary nebulae since its proposition more than forty five years ago. However, until recently there have been doubts as to whether a common envelope while the donor is ascending the red giant branch, rather than the subsequent asymptotic red giant branch, would result in a planetary nebula. There is now strong theoretical and observational evidence to suggest that some planetary nebulae are, indeed, the products of common envelope phases which occurred while the nebular progenitor was on the red giant branch. The characterisation of these systems is challenging but has the potential to reveal much about the common envelope -- a critical evolutionary phase in the formation of a plethora of interesting astrophysical phenomena.

研究动机与目标

• 调查行星状星云（PNe）是否可通过红巨星分支（RGB）阶段的公共包层（CE）事件形成，而不仅限于渐近巨星分支（AGB）阶段。
• 识别并表征行星状星云中的后RGB中心星，这对检验CE演化模型至关重要。
• 解决由光变/径向速度曲线推导出的质量与从Kiel图位置推断的质量之间的差异，这些差异可能揭示后CE演化轨迹中的缺陷。
• 探讨RGB阶段CE事件与某些行星状星云中极端丰度差异之间的关联。
• 评估后RGB中心星作为对双星演化中尚不明确的公共包层阶段的探测工具的可行性。

提出的方法

• 对行星状星云中双星中心星的多波段光变曲线与径向速度曲线进行同步建模，以推导轨道参数与恒星质量。
• 对高温中心星进行非局部热动平衡（NLTE）光谱建模，以高精度确定有效温度与表面重力。
• 将推导出的恒星参数（Teff, log g, L）与Kiel图上的理论后RGB与后AGB演化轨迹进行比较。
• 利用后CE双星的轨道周期分布（包括行星状星云内与外）来检验后RGB形成路径的一致性。
• 分析星云形态与丰度差异因子（如Abell 46）作为RGB CE起源的间接指标。
• 通过光谱参数与光度及动力学建模的交叉验证，解决质量估计中的不一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红巨星分支（RGB）阶段发生的公共包层事件是否能产生可观测的行星状星云？
• RQ2 行星状星云中是否存在可观测的后RGB中心星，以及如何识别它们？
• RQ3 为何一些中心星的质量估计值在光变/径向速度曲线与Kiel图位置之间存在差异？
• RQ4 RGB阶段的公共包层事件是否能解释某些行星状星云中观测到的极端丰度差异？
• RQ5 行星状星云中后CE双星的轨道周期分布与无掩埋后CE双星相比如何？这对后RGB形成意味着什么？

主要发现

• 已识别出8个行星状星云中后RGB中心星的强候选体，包括Abell 46、ESO 330-9、HaTr 4、HaTr 7、HaWe 13、Hf 2-2、Ou 5及PN G283.7−05.1。
• PN G283.7−05.1的中心星具有明确的后RGB质量（0.34±0.05 M⊙），但其光度（log L ~ 3.5）过高，不符合后RGB星的特征。
• Abell 46与Ou 5的表面重力与温度与后RGB轨迹一致，但对应的质量低于光变与径向速度曲线建模所得结果。
• ESO 330-9与HaTr 7的NLTE参数与后RGB演化轨迹及光变/径向速度曲线解一致。
• 理论模拟现表明，RGB阶段的CE事件可形成质量低至~0.25 M⊙的可观测PNe，修正了此前>0.4 M⊙的估计值。
• 后CE双星在PNe中与外部的轨道周期分布一致性，支持后RGB系统属于更广泛后CE双星群体的观点。