Investigating the Chemically Homogeneous Evolution Channel and its Role in the Formation of the Enigmatic Binary Black Hole Progenitor Candidate HD 5980
K. Sharpe, L. A. C. van Son, S. E. de Mink, R. Farmer, P. Marchant, G. Koenigsberger
备注：
23 pages, 9 figures, 2 tables, 2 appendices. Accepted for publication in ApJ
本研究通过 MESA 模拟和贝叶斯方法验证大质量双星 HD 5980 A&B 起源于化学均一演化通道，发现其初始质量极高且伴随增强的质量损失，并预测该系统最终将产生双黑洞，或在层级多重系统伴星作用下成为引力波源。
摘要：
化学均一演化（CHE）是形成大质量双黑洞的一条有前景的通道。神秘的、大质量的沃尔夫-拉叶（WR）双星 HD 5980 A&B 被认为通过该通道形成。我们通过将其观测参数与 CHE 模型进行比较来调查这一主张。使用 MESA，我们模拟了密近大质量双星网格，然后使用贝叶斯方法将它们与恒星观测到的轨道周期、质量、光度和氢表面丰度进行比较。给定观测数据，最可能的模型初始周期约为 3 天，由于质量损失而扩大到当今约 20 天的轨道——相应地，它们具有非常高的初始恒星质量（$\gtrsim$150 M$_\odot$）。我们探索了恒星风质量损失和内部混合效率的变化，发现假设增强质量损失的模型在解释 HD 5980 时极受青睐，而增强混合仅比我们的基准假设略受青睐。我们最可能的模型略微低估了氢表面丰度。无论其先前历史如何，该系统都可能是双黑洞前身星。我们在基准和增强风假设下对其进一步演化进行建模，发现两颗恒星都产生质量约为 19-37 M$_\odot$ 的黑洞。投影的最终轨道太宽，无法仅通过引力波在哈勃时间内合并。然而，该系统被认为是 2+2 层级多重系统的一部分。我们推测与（可能的）第三和第四伴星的长期效应可能驱动该系统迅速成为引力波源。
英文摘要：
Chemically homogeneous evolution (CHE) is a promising channel for forming massive binary black holes. The enigmatic, massive Wolf-Rayet (WR) binary HD 5980 A&B has been proposed to have formed through this channel. We investigate this claim by comparing its observed parameters with CHE models. Using MESA, we simulate grids of close massive binaries then use a Bayesian approach to compare them with the stars' observed orbital period, masses, luminosities, and hydrogen surface abundances. The most probable models, given the observational data, have initial periods ~3 days, widening to the present-day ~20 day orbit as a result of mass loss -- correspondingly, they have very high initial stellar masses ($\gtrsim$150 M$_\odot$). We explore variations in stellar wind-mass loss and internal mixing efficiency, and find that models assuming enhanced mass-loss are greatly favored to explain HD 5980, while enhanced mixing is only slightly favoured over our fiducial assumptions. Our most probable models slightly underpredict the hydrogen surface abundances. Regardless of its prior history, this system is a likely binary black hole progenitor. We model its further evolution under our fiducial and enhanced wind assumptions, finding that both stars produce black holes with masses ~19-37 M$_\odot$. The projected final orbit is too wide to merge within a Hubble time through gravitational waves alone. However, the system is thought to be part of a 2+2 hierarchical multiple. We speculate that secular effects with the (possible) third and fourth companions may drive the system to promptly become a gravitational-wave source.
A grid of fast-rotating, chemically-homogeneous, supernova and/or long-GRB progenitors
University of Arizona（亚利桑那大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Colorado（科罗拉多大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Michigan State University（密歇根州立大学）
Low-metallicity massive single stars with rotation. II. Predicting spectra and spectral classes of chemically-homogeneously evolving stars
上下文贫金属的大质量恒星被认为是某些超新星、伽马射线暴和致密天体合并的祖先，它们的强电离辐射可能有助于宇宙的早期形成。然而，它们仍然主要是理论上的，因为这些物体的个别光谱观测很少在SMC的金属丰度以下进行。目标。这项工作的目的是探索我们的国家的最先进的恒星演化理论相结合的恒星大气预测的某种类型的贫金属（0.02 Z $_{\odot}$）热的大质量恒星，化学均匀演化的，称为TWUIN星。方法.合成光谱对应于一个广泛的范围内的质量（20 - 130 M $_{\odot}$），并涵盖了几个演化阶段，从零年龄的主序列核心氦燃烧阶段进行了计算。结果我们发现TWUIN星在它们的大部分{核心氢燃烧}寿命期间几乎没有发射线。大多数金属线完全不存在，包括氮。在它们的核心氦燃烧阶段，谱线转换为发射，甚至出现一些金属谱线（氧和碳，但仍然几乎没有氮）。质量损失和结块在后来的演化阶段中，特别是在核心氦燃烧期间，对谱线的形成起着重要作用。我们的大部分光谱被归类为早期O型巨星或超巨星，我们发现沃尔夫-拉叶星WO型在核心氦燃烧阶段。结论.在低金属丰度星系中观测到的极热的早期O型恒星可能是化学均匀演化的产物$-$，因此是长持续时间伽马射线暴或Ic型超新星的祖先。TWUIN恒星可能在宇宙再电离中扮演重要角色，因为它们很热，在大部分寿命中没有显示出突出的发射线。
EP250108a/SN2025kg: A Magnetar-powered Gamma-Ray Burst Supernova Originating from a Close Helium-star Binary via Isolated Binary Evolution
The Hong Kong Institute for Astronomy and Astrophysics, The University of Hong Kong（香港大学天文及天体物理研究所）；Department of Physics, The University of Hong Kong（香港大学物理系）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（ARC引力波发现卓越中心）；School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Departments of Astronomy and Theoretical Astrophysics Center, UC Berkeley（加州大学伯克利分校天文系和理论天体物理中心）；Nevada Center for Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校天体物理中心和物理与天文系）
Wolf-Rayet stars in the Small Magellanic Cloud as testbed for massive star evolution
大多数沃尔夫-拉叶星（WR）代表了大质量恒星的剥离核心，这些恒星失去了大部分的氢包层。在低金属丰度的环境中，如小麦哲伦星云（SMC），恒星风较弱，预计双星相互作用将主导WR-恒星的形成。然而，在任何金属丰度下，WR二元分数似乎约为40%。我们使用最近确定的12个已知的SMC WR星的物理性质，探索其可能的形成通道，通过比较与SMC模型的网格，模拟与详细的恒星演化代码MESA。这些模型包括快速旋转的单星，经历（部分）化学均匀演化（CHE）。我们发现，CHE是不能占大多数的SMC WR星。然而，明显的单WN星SMC AB 12和双WR系统SMC AB 5（HD 5980）似乎与这个通道一致。我们还分析了核心氦燃烧恒星模型假设恒定的氢梯度在其信封。我们发现一个二分法的信封氢梯度所需的解释观测到的温度的SMC WR星。浅梯度被发现的WR星与O星的同伴，符合二进制模型的质量转移发生早期，这是在协议与他们的二进制属性。另一方面，更陡峭的氢梯度推断组热显然单WR星。由于大质量恒星的主序后模型中的氢分布随着时间的推移变得陡峭，我们得出结论，这些恒星可能在共同的包络演化阶段被同伴剥离。伴星，无论是主序星还是致密天体，预计仍然存在。一个相应的搜索可能会发现第一个直接双黑洞二元祖与质量高，在GW 150914中检测到的。
