[论文解读] White Dwarf Mass Distribution

S. O. Kepler, D. Koester+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 7

一句话总结

本研究基于史隆数字巡天数据发布12版（SDSS DR12）中的高信噪比光谱与Koester模型大气，采用ML2/α=0.8（DA型）和α=1.25（DB型）的参数，分析了3,637颗纯DA型与549颗DB型白矮星的质量分布。经修正后的质量分布峰值位于0.624 M☉，揭示了盘面标高为300 pc，并通过银河系运动学识别出10颗可能的晕族白矮星。

ABSTRACT

We present the mass distribution for all S/N > 15 pure DA white dwarfs detected in the Sloan Digital Sky Survey up to Data Release 12, fitted with Koester models for ML2/alpha=0.8, and with Teff > 10 000 K, and for DBs with S/N >10, fitted with ML2/alpha=1.25, for Teff > 16 000 K. These mass distributions are for log g > 6.5 stars, i.e., excluding the Extremely Low Mass white dwarfs. We also present the mass distributions corrected by volume with the 1/Vmax approach, for stars brighter than g=19. Both distributions have a maximum at M=0.624 Msun but very distinct shapes. From the estimated z-distances, we deduce a disk scale height of 300 pc. We also present 10 probable halo white dwarfs, from their galactic U, V, W velocities.

研究动机与目标

• 确定史隆数字巡天中白矮星的质量分布，要求信噪比高且大气模型精确。
• 利用1/V_max方法校正星等限制巡天中的观测偏差，推导体积校正后的质量函数。
• 通过分析白矮星距银道面的垂直距离（z），推断银河系盘面的运动学结构。
• 基于银河系U、V、W速度超过薄盘与厚盘极限的白矮星，识别潜在的晕族白矮星。
• 通过将观测到的质量分布与星族合成模型对比，研究盘面的恒星形成历史。

提出的方法

• 从SDSS DR12光谱中选取信噪比≥15（DA型）和≥10（DB型）的3,637颗DA型与549颗DB型白矮星。
• 使用Koester（2010）模型大气拟合观测光谱，DA型白矮星采用ML2/α=0.8，DB型白矮星采用α=1.25。
• 利用Tremblay等人（2013）的校正方法，对有效温度与表面重力进行三维对流校正。
• 基于Althaus等人（2005）、Renedo等人（2010）与Romero等人（2015）的质半关系计算质量。
• 利用1/V_max方法对至g=19星等的巡天体积偏差进行校正，推导体积校正后的质量分布。
• 通过滤波器响应曲线与零点计算绝对星等，进而估算距离，并基于银纬与距离计算z距离。

实验结果

研究问题

• RQ1 在修正观测选择效应后，银河系盘面中白矮星的真实质量分布是什么？
• RQ2 白矮星质量函数的形状揭示了初始质量函数与恒星形成历史的哪些信息？
• RQ3 白矮星在银河系盘面中的标高是多少？DA型与DB型白矮星之间是否存在差异？
• RQ4 哪些白矮星的运动学特性与银河系晕一致？其起源可能是什么？
• RQ5 在假设恒星形成均匀的条件下，观测到的质量分布与理论星族合成模型相比如何？

主要发现

• 经过体积校正的质量分布中，DA与DB型白矮星的峰值位于0.624 M☉，其形状各异：DA型白矮星在高质质量端呈现尾部延伸，而DB型白矮星则延伸至更低质量区域。
• DA型白矮星的盘面标高约为300 pc，DB型白矮星的标高略大。
• 有效温度T_eff ≥ 13,000 K的DA型白矮星平均质量为0.646 ± 0.002 M☉，表明过去20亿年内有近期的恒星形成爆发。
• 10颗白矮星的银河系速度超出薄盘与厚盘星体的3σ椭圆范围，表明其可能为晕族成员，或源于双星相互作用。
• 观测到的质量分布要求在20亿年前发生30%的恒星形成爆发，才能解释其高平均质量，这与早期假设恒星形成均匀的模型相矛盾。
• APOP与Munn等人（2014）提供的自行数据一致，支持了运动学分析的可靠性。