[论文解读] What are the R Coronae Borealis Stars?

Geoffrey C. Clayton|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2012

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 11

一句话总结

本文研究了R Coronae Borealis (RCB)星——一种罕见的、缺乏氢、富含碳的超巨星，其亮度因碳尘喷发而出现不规则下降——的起源。研究提供了强有力的证据，支持双白矮星合并模型而非最终氦壳层闪光模型，主要原因是RCB星中18O丰度出人意料地高，这与合并模型预测一致，但与闪光模型不符。

ABSTRACT

The R Coronae Borealis (RCB) stars are rare hydrogen-deficient, carbon-rich, supergiants, best known for their spectacular declines in brightness at irregular intervals. Efforts to discover more RCB stars have more than doubled the number known in the last few years and they appear to be members of an old, bulge population. Two evolutionary scenarios have been suggested for producing an RCB star, a double degenerate merger of two white dwarfs, or a final helium shell flash in a planetary nebula central star. The evidence pointing toward one or the other is somewhat contradictory, but the discovery that RCB stars have large amounts of 18O has tilted the scales towards the merger scenario. If the RCB stars are the product of white dwarf mergers, this would be a very exciting result since RCB stars would then be low-mass analogs of type Ia supernovae. The predicted number of RCB stars in the Galaxy is consistent with the predicted number of He/CO WD mergers. But, so far, only about 65 of the predicted 5000 RCB stars in the Galaxy have been discovered. The mystery has yet to be solved.

研究动机与目标

• 解决RCB星演化起源这一长期存在的谜题。
• 评估双白矮星（DD）合并与最终氦壳层闪光（FF）两种RCB星形成模型的优劣。
• 确定观测到的同位素丰度，尤其是18O，是否能区分这两种形成路径。
• 将理论预测的RCB星数量与白矮星合并模型及星族合成模型相协调。
• 明确区分RCB星与缺乏亮度下降或红外过量的氢缺乏碳（HdC）星，尤其是在其起源和同位素特征方面。

提出的方法

• 分析RCB星和HdC星的光谱数据，重点关注同位素比值，特别是16O/18O，使用红外和光学光谱。
• 将RCB星中观测到的18O丰度与双白矮星合并模型和最终氦壳层闪光模型的理论预测进行比较。
• 利用星族合成模型估算基于预测白矮星合并率的银河系中预期的RCB星数量。
• 评估档案光变曲线和变异性模式，以确认RCB星的特征并将其与其他变星区分开。
• 整合已知RCB星（包括Sakurai’s Object和V605 Aql）的数据，对比经历最终氦闪光的恒星与典型RCB星的行为差异。
• 利用多 epoch 观测和光谱分类识别新的RCB候选星，并确认其属于RCB星族的成员。

实验结果

研究问题

• RQ1 R Coronae Borealis星的主导演化路径是什么？
• RQ2 为何RCB星的18O丰度异常高于其他恒星群体？
• RQ3 RCB星的同位素特征与双白矮星合并模型和最终氦壳层闪光模型的预测相比如何？
• RQ4 能否将观测到的银河系RCB星数量（65颗）与白矮星合并率的理论预测相协调？
• RQ5 RCB星与缺乏亮度下降或红外过量的氢缺乏碳（HdC）星有何区别？

主要发现

• RCB星的16O/18O比值远低于任何其他已知恒星，表明18O被极度过量生产。
• RCB星中高丰度的18O与最终氦壳层闪光模型不一致，因为该模型不预测18O增强，但与双白矮星合并情景一致。
• Sakurai’s Object及其他经历最终氦壳层闪光的恒星均未显示18O增强，表明它们并非典型RCB星的前身星。
• 银河系中预测的RCB星数量（约5000颗）与白矮星合并模型的预期一致，支持合并起源。
• 大多数RCB星和HdC星可能通过白矮星合并形成，而少数（包括Sakurai’s Object）可能源于最终氦壳层闪光过程。
• 18O过量的发现为当前最有力的观测证据，支持双白矮星合并模型作为RCB星形成的机制。