Hot subluminous stars [Elektronische Ressource] : on the search for chemical signatures of their genesis / vorgelegt von Heiko Andreas Hirsch

Sujets

• Astronomie

Informations

• Publié par: friedrich-alexander-universitat_erlangen-nurnberg
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 6
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Hot subluminous stars:
On the Search for Chemical Signatures
of their Genesis
Der Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
zur
Erlangung des Doktorgrades
vorgelegt von
Heiko Andreas Hirsch
aus SchwabachAls Dissertation genehmigt von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität
Erlangen-Nürnberg
Tag der mündlichen Prüfung: 2. Oktober 2009
Vorsitzender der Promotionskommission: Prof. Dr. E. Bänsch
Erstberichterstatter: Prof. Dr. U. Heber
Zweitberichterstatter: Prof. Dr. S. DreizlerContents
1 Introduction 1
1.1 Hot subdwarfs in the general context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Properties of subdwarfs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Spectral classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Evolutionary scenarios & formation channels 7
2.1 Binary star evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Canonical evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Late hot flashers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4 Non core burning evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 Summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 SPAS - Spectrum Plotting and Analysis Suite 15
4 Stellar atmospheres 19
4.1 Simplifying assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 Radiation transport and its formal solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3 Radiative equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.4 Hydrostatic equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5 Particle conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.6 Statistical equilibrium and LTE vs NLTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.7 Methods of computation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5 Hot subdwarfs from the SPY project 27
5.1 The idea of SPY or a short side step into cosmology . . . . . . . . . . . . . 27
5.2 Subdwarf B stars from SPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.3 Subdwarf O stars from SPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6 Data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) 33
6.1 SDSS in a nutshell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.2 Object selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.3 Spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.4 Objects with multiple spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.5 The fast rotator WD 1632+222 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
iii CONTENTS
7 Results of the analysis of SDSS spectra 45
7.1 Helium abundances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
7.2 Luminosities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
7.3 Space distribution and kinematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
8 Testing evolutionary scenarios 51
8.1 Canonical post-EHB evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
8.2 Binary population synthesis models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
8.3 non-EHB scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.4 Late hot flasher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
9 Beyond Hydrogen and Helium 61
9.1 TMAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
9.2 New model atmospheres with TMAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
9.3 Comparison of models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9.3.1 Old H+He and new H+He+C/N models . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9.3.2 Testing the old H+He versus newly calculated H+He models . . . . 64
9.3.3 The role of metal line blanketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
10 Bright sdO stars as testbeds 67
10.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
10.2 HD 127493 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
10.3 CD −31 4800 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
10.4 CD −24 9052 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
10.5 UVO 0832 −01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
10.6 UVO 0904 −02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
10.7 Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
10.8 Evaluation of spectral lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
10.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
11 The SPY sdOs revisited 79
11.1 Spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
11.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
11.2.1 Atmospheric parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
11.2.2 Carbon and Nitrogen abundances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
11.2.3 Rotational velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
11.2.4 Correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
12 Discussion and conclusion 89
12.1 C, N and the late hot flasher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
12.1.1 The C-rich stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
12.2 C-deficient stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
12.3 A comparison in the T -logg-plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94eff
12.4 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95CONTENTS iii
A Objects from SDSS with multiple spectra 97
A.1 Two or more spectra in the SDSS database . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
A.2 SDSS objects which are also in SPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
B Spectral lines used for C and N analysis 101
C Line profile fits for SPY data 103
D Results of the SDSS spectral analysis 111
E Metal lines in the FEROS spectra 127
F Acknowledgements 139iv CONTENTSList of Figures
1.1 Hertzsprung-Russell diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Cumulative object counts from the PG survey . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 CN-classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1 Roche lobe overflow and common envelope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Heliumflash at different times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Kippenhahn diagram of the late hot flasher . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1 Screenshot of the plotwindow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 Simplex example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3 Screenshot of the fitwindow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.1 Geometric depth and optical depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.1 Binary population simulation set 10 of Han et al. (2003) and SPY data . . . 30
5.2 Evolutionary tracks and the SPY data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.1 Colour-colour diagram of SDSS objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2 Histogram of apparent brightness in V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.3 Galactic and equatorial coordinates of SDSS objects . . . . . . . . . . . . . 36
6.4 Magnetic white dwarf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.5 Examples of model fits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.6 Mean values and errors of objects with two or more spectra . . . . . . . . . 40
6.7 Modelfit of the fast rotating star WD 1632+222 . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1 T -logy-diagram of SDSS data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46eff
7.2 Cumulative luminosity function of SDSS and SPY objects . . . . . . . . . . 47
7.3 Cartesian Galactic coordinates of SDSS objects . . . . . . . . . . . . . . . . 49
8.1 sdOs and post-EHB evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
8.2 Simulation set 10 of Han et al. (2003) compared to the complete sdO sample 53
8.3 sdOs and post-AGB and post-RGB evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.4 sdOs as late hot flashers, morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8.5 sdOs as late hot flashers, timescales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
8.6 T -logg-logy-diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60eff
9.1 TMAP workflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
9.2 Old H+He compared to new H+He+C synthetic spectra . . . . . . . . . . . 64
vvi LIST OF FIGURES
10.1 New model vs old model on H of FEROS data . . . . . . . . . . . . . . . . 68β
10.2 New model vs old model on Heii4200Å of FEROS data . . . . . . . . . . . 69
10.3 Modelfit at FEROS data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .