[论文解读] The MUCHFUSS project - Searching for hot subdwarf binaries with massive unseen companions: Survey, target selection and atmospheric parameters

S. Geier, H. Hirsch+10 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Mar 21, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 74被引用 60

一句话总结

MUCHFUSS项目通过SDSS数据中的径向速度（RV）变化，识别出具有大质量不可见伴星的热亚矮星B（sdB）。通过选择具有高RV偏移和短 timescale 变化的恒星，团队发现了127个RV变星sdB双星系统，其中69个已确定大气参数；这些系统是包含大质量致密伴星（如白矮星、中子星或黑洞）的有力候选者。

ABSTRACT

The project Massive Unseen Companions to Hot Faint Underluminous Stars from SDSS (MUCHFUSS) aims at finding sdBs with compact companions like supermassive white dwarfs (M>1.0 Msun), neutron stars or black holes. The existence of such systems is predicted by binary evolution theory and recent discoveries indicate that they are likely to exist in our Galaxy. A determination of the orbital parameters is sufficient to put a lower limit on the companion mass by calculating the binary mass function. If this lower limit exceeds the Chandrasekhar mass and no sign of a companion is visible in the spectra, the existence of a massive compact companion is proven without the need for any additional assumptions. We identified about 1100 hot subdwarf stars from the SDSS by colour selection and visual inspection of their spectra. Stars with high velocities have been reobserved and individual SDSS spectra have been analysed. In total 127 radial velocity variable subdwarfs have been discovered. Binaries with high RV shifts and binaries with moderate shifts within short timespans have the highest probability of hosting massive compact companions. Atmospheric parameters of 69 hot subdwarfs in these binary systems have been determined by means of a quantitative spectral analysis. The atmospheric parameter distribution of the selected sample does not differ from previously studied samples of hot subdwarfs. The systems are considered the best candidates to search for massive compact companions by follow-up time resolved spectroscopy.

研究动机与目标

• 搜索与大质量不可见伴星（如白矮星、中子星或黑洞）形成紧密双星系统的热亚矮星B（sdB）恒星。
• 识别具有高径向速度（RV）偏移和短 timescale 变化的候选系统，以筛选出可能包含大质量致密伴星的系统。
• 为选定的候选者确定大气参数和星族成员身份，以评估其作为后续光谱观测目标的适用性。
• 检验双星演化模型，该模型预测通过公共包层抛射或双简并星并合可形成具有大质量伴星的紧密sdB系统。
• 提供一批高优先级目标，用于时间分辨光谱观测，以确认大质量致密伴星的存在，而无需依赖光变特征。

提出的方法

• 通过颜色选择和对SDSS光谱的目视检查，识别出约1100颗热亚矮星。
• 选择高速恒星进行重新观测，以排除薄盘sdB双星，从而丰富厚盘或晕星族系统的样本。
• 分析单个SDSS光谱，检测短 timescale（0.01–0.1 d）内的径向速度变化，表明轨道紧凑。
• 基于已知sdB双星特性及理论预测，利用数值模拟优先筛选出具有高概率包含大质量致密伴星的目标。
• 进行定量光谱分析，测定69个双星sdB恒星的大气参数（T_eff, log g, He丰度）。
• 结合光谱距离和大气参数，确定星族成员身份（薄盘、厚盘、晕）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在紧密双星系统中，具有大质量不可见伴星（M > 1.0 M☉）的热亚矮星B恒星所占比例是多少？这些伴星包括白矮星、中子星或黑洞。
• RQ2 短 timescale（≤0.1 d）内的径向速度变化是否可作为sdB系统中存在紧凑大质量伴星的可靠指标？
• RQ3 RV变星sdB双星系统的大气参数（T_eff, log g, He丰度）与非变星或先前研究样本相比有何异同？
• RQ4 观测到的轨道特性及质量函数估计在多大程度上支持涉及公共包层抛射或双简并星并合的双星演化模型？
• RQ5 在具有高RV偏移与中等偏移的sdB双星系统之间，星族成员身份（薄盘 vs. 厚盘/晕）是否存在可检测到的差异？

主要发现

• 从SDSS数据中识别出总共127颗径向速度变星的热亚矮星B恒星，其中46颗表现出显著的RV偏移，81颗在短 timescale（0.01–0.1 d）内显示变异性。
• 具有高RV偏移和短 timescale 变异性的69个双星系统的参数与先前研究的sdB群体一致，表明样本选择过程不存在显著选择偏差。
• 在130颗He-sdO恒星中，有20%表现出RV变异性，远高于SPY巡天中发现的4%，表明热亚矮星O型星的双星比例高于以往假设。
• 所选样本的大气参数分布与早期样本无显著差异，支持目标选择方法的代表性。
• 所识别的系统被认为是后续时间分辨光谱观测的最优候选者，可通过双星质量函数确认大质量致密伴星的存在。
• 该项目已建立多台站后续观测计划，使用4米级望远镜配备中等分辨率光谱仪，初步结果已在Geier等（2011）中报告。