[论文解读] The Physical Characteristics of Binary Central Stars of Planetary Nebulae

T. C. Hillwig|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2010

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文分析了36个已知的行星状星云中心双星（CSPNe）的物理特性，将其与具有白矮星的后共有包层双星（PCEBs）进行比较。研究发现，四分之一的CSPNe表现出椭球变星变光或双星食变，这是双简并星（DD）系统的强有力指标，表明行星状星云中比场星中存在更高比例的高质量碳氧白矮星，暗示CSPNe样本中存在演化差异或观测偏倚。

ABSTRACT

A number of efforts are underway to detect close binary stars in planetary nebulae. The primary goal of these studies is to determine the binary fraction of central stars. The next stage is a detailed analysis of the binaries to determine physical parameters for the systems. These analyses can be combined with population synthesis models, common envelope evolution models, and observed properties of nebulae to further understand the impact of binarity on PN formation. I discuss the sample of known close binary central stars in relation to other close binaries with a white dwarf, cataclysmic variables, supernova Ia progenitors, and double degenerate systems.

研究动机与目标

• 表征已知的行星状星云中心双星（CSPNe）的物理参数，包括质量、轨道周期和演化状态。
• 将CSPNe双星的特性与场中后共有包层双星（PCEBs）进行比较，以评估CSPNe是否代表一个独特的演化子群。
• 研究CSPNe中双简并星（DD）系统的比例与性质，及其对Ia型超新星前身体模型的启示。
• 评估在探测长周期系统时的观测选择效应，并评估当前CSPNe样本的可靠性。
• 确定CSPNe双星的观测分布是否系统性地不同于场星PCEBs，特别是白矮星成分和轨道周期分布方面。

提出的方法

• 从De Marco等人（2008）和Miszalski等人（2009）的文献中汇编36个已知的紧密CSPNe样本。
• 利用斯隆数字巡天（SDSS）的数据，比较CSPNe与场星PCEBs的轨道周期分布，特别是WD–主序星分离系统。
• 通过光变曲线分析光变周期性，识别椭球变星变光和双食系统，这些是双简并星双星的强有力指标。
• 利用SDSS中的径向速度变异性数据探测长周期系统，相比测光巡天，可减少选择偏倚。
• 将系统分为三类：WD–主序星分离、半分离（激变变星）和双简并星。
• 对观测到的CSPNe样本与已知的场星PCEBs及激变变星进行统计比较，评估轨道周期分布和演化路径的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 紧密双星CSPNe的轨道周期分布是否与场中具有白矮星的后共有包层双星（PCEBs）一致？
• RQ2 CSPNe双星中双简并星系统的比例是多少？与场星总体中该比例相比如何？
• RQ3 CSPNe双星的物理特性（特别是白矮星质量与成分）是否与共有包层演化理论模型一致？
• RQ4 观测选择效应（如测光变星检测）在多大程度上导致CSPNe样本偏向短周期系统？
• RQ5 CSPNe双星的观测特性是否表明其演化路径或内在群体偏倚与场星PCEBs不同，特别是碳氧白矮星与氦白矮星的丰度方面？

主要发现

• WD–主序星分离CSPNe的轨道周期分布与场星PCEBs高度一致，两组样本均以周期小于1天的系统为主。
• 仅有两个CSPNe的轨道周期接近10天，暗示可能存在长周期尾部，但样本量过小，尚无法确证此差异。
• CSPNe与激变变星（CVs）的轨道周期分布重叠极少，重叠仅出现在CV周期间隙的高周期端，表明大多数CSPNe并未直接演化为接触系统。
• 在已知的36个紧密双星CSPNe中，有九个（占四分之一）的光变曲线以椭球变星变光或两次深度相近的食变为主导，表明其为双简并星系统。
• 所有被明确识别的DD-CSPNe系统中，组分质量均过高，无法为氦白矮星（M ≲ 0.46 M☉），多数与碳氧白矮星一致，与预测DD系统中多数为氦白矮星的模型相矛盾。
• CSPNe中DD系统的观测比例（25%）显著高于超新星Ia前身体巡天在场星中测得的15%，表明CSPNe可能包含一个与场星不同的、富含高质量碳氧白矮星的双简并星群体。