巨质恒星对流包层发展及其对引力波源的影响
太阳与恒星天体物理
2025-01-15 v1 高能天体物理现象
摘要
恒星包层的结构强烈影响二体质量转移的进程和结果，特别是共包膜(CE)演化。对流包层最容易在CE事件中被驱逐，从而导致短周期二体星系，可能成为引力波(GW)源。相反，辐射包层则可能导致CE合并，形成Thorne-Zytkow对象(TZO)或准星(QS)。基于Hurley等人(2000)的快速二体模型常假设任何导致赫尔曼施普拉格间隙 donor 的CE事件都会导致CE合并，这与文献中的研究结果存在矛盾。我们采用更自洫的准则，即基于是否存在对流包层来改进这一问题。使用1维恒星模型(MESA)，我们系统性地研究了巨质恒星对流包层的发展。我们提供拟合公式供快速二进制代码使用，并将其实现于StarTrack人口合成代码中，以细化CE处理并检视对GW源、TZO和QS的影响。我们发现巨质恒星的对流包层对超绝热性和混合长度处理方式高度敏感。我们修订后的CE模型显著降低了总质量在约20-50倍太阳质量范围内的二体黑洞(BH-BH)合并率(因数降低20倍)。这导致双峰质量分布，具有显著的金属丰度依赖性。我们还预测，当前银河系中TZO/QS形成率(约10-4 yr⁻¹)加上其预测寿命，使得其检测不太可能实现。我们的研究强有力地表明，对于质量大于20倍太阳质量的BH-BH合并，CE演化在其形成中的作用被严重高估了。我们指出，对于质量大于50倍太阳质量的BH-BH合并，来自CE通道的任何预测都严重依赖于我们对接近埃德金极限处恒星结构和质量损失的有限理解。
引用
@article{arxiv.2410.17315,
title = {Development of convective envelopes in massive stars: Implications for gravitational wave sources},
author = {Amedeo Romagnolo and Jakub Klencki and Alejandro Vigna-Gomez and Krzysztof Belczynski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.17315},
year = {2025}
}
备注
Accepted for publication in A&A