SINTESIS POPULASI CATACLYSMIC VARIABLE PADA TAHAP POST COMMON ENVELOPE MENGGUNAKAN ANGIN BINTANG DAN EVOLUSI HORIZONTAL BRANCH TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh PUJI IRAWATI NIM : 20306001 Program Studi Astronomi FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
PENGESAHAN SINTESIS POPULASI CATACLYSMIC VARIABLE PADA TAHAP POST COMMON ENVELOPE MENGGUNAKAN ANGIN BINTANG DAN EVOLUSI HORIZONTAL BRANCH Oleh Puji Irawati NIM : 203 06 001 Program Studi Astronomi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung Menyetujui Bandung, 30 Juni 2008 Pembimbing Dr. Mahasena Putra (NIP. 132061763) i
KATA PENGANTAR Satu kali lagi saya mengucap syukur kepada Tuhan pemilik semesta alam karena saya telah diberi kesempatan oleh-nya untuk meneruskan ambisi saya menapaki jenjang S2 hingga akhirnya saya bisa menyelesaikan kuliah Magister dengan lancar. Terima kasih kedua terbesar diperuntukkan bagi seluruh keluarga yang telah memberi dukungan pada saya untuk meneruskan kuliah, terutama untuk Pakde Ari dan Bude Yanti yang telah menyediakan kesempatan bagi saya untuk mengawali kuliah. Untuk Chumie tersayang, jangan lupa nyusul wisuda setahun lagi ya. Dan sekali lagi, semua yang Ira lakukan adalah untuk Bapak dan Ibu tercinta, termasuk buku tesis yang nilainya tak seberapa ini. Semoga ini bisa sedikit membalas seluruh limpahan kasih sayang yang telah Ibu dan Bapak berikan untuk Ira. Dukungan dari teman-teman dan seluruh staf Prodi Astronomi juga merupakan salah satu tiang penyangga semangat saya selama kuliah. Mas Agus gedje yang masih tetep setia menemani walaupun direpoti terus. Sana, sang selingkuhan tercinta yang bersedia berbagai suka duka. Hanin temen seangkatan lagi dan temen senasib kalo lagi dikejar garis mati. Ayu, Bona, Hanief, Ucup, Atep (walaupun jauh), Doni, Anna, Way-way yang selalu tetep menyemangati kalo aku lagi down. Juga temen-temen H* dan astronomi yang telah jadi temen gaul biar aku tetep berjiwa muda. Untuk para dosen yang telah membimbing sejak tahun 2001, terima kasih banyak. Terutama untuk Pak Seno yang telah membimbing saya dengan sabar hingga saya bisa sampai di titik saya berdiri sekarang. ii
Tesis ini adalah hasil kerja keras yang masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu saya menerima dan mengharapkan segala kritik dan saran yang pasti dapat membuat tesis ini menjadi lebih baik lagi. Di luar ketidaksempurnaan yang ada, semoga apa yang telah saya lakukan dalam tesis ini memiliki nilai dan dapat berguna bagi para pembaca. Bandung, Juni 2008 Puji Irawati iii
ABSTRAK Sintesis populasi bintang adalah salah satu cara yang dilakukan untuk menyimulasikan distribusi bintang pada saat tertentu dan dengan kondisi/parameter awal yang telah ditentukan sebelumnya. Agar suatu sintesis populasi dapat merepresentasikan distribusi yang sebenarnya diperlukan berbagai parameter yang harus dimasukkan dalam proses evolusi. Tesis ini melakukan sintesis populasi untuk sistem cataclysmic variables (CV) pada fase post common envelope). Parameter yang akan ditinjau adalah angin bintang, evolusi horizontal branch, dan metode penghitungan separasi akhir dengan α dan γ. Angin bintang yang digunakan adalah model Reimers dengan tiga buah nilai angin: 0.0, 0.3 dan 0.5. Hasil akhir menunjukkan bahwa tidak boleh menggunakan angin yang terlalu besar agar sintesis populasi dapat merepresentasikan hasil observasi. Lanjutan evolusi pada horizontal branch dapat mengurangi jumlah sistem yang hilang akibat He-flash. Sedangkan metode yang berbeda pada peninjauan separasi belum dapat memberikan kesimpulan yang pasti karena keduanya menunjukkan kecenderungan yang berbeda. iv
ABSTRACT Population synthesis is one way to reproduce the distribution of stars at any time with determined parameters. To make the synthesis as realistic as possible we have to include more evolution parameters. The thesis worked on the population synthesis for cataclysmic variable star at post common envelope stage using stellar wind and the inclusion of horizontal branch. Separation of the system after common envelope stage will be analysed to find the appropriate method to calculate the separation. There are two different methods, one is using the CE parameter called α CE and the other is using γ which is better to approximate the double white dwarf system according to Webbink (2007). Reimers stellar wind model is used with three different values of η R, which are η R = 0.0 (without wind), η R = 0.3 and η R = 0.5. Synthesis shows best result with small η R. The horizontal branch evolution for low mass star had succeeded to increase the count of system which survived the CE phase. But the comparison of the CE evolution with α CE and γ could not show which one is best to approximate the CE evolution because both give different results. v
DAFTAR ISI PENGESAHAN i KATA PENGANTAR ii ABSTRAK iv ABSTRACT v DAFTAR ISI viii DAFTAR LAMPIRAN ix DAFTAR GAMBAR xi Bab I PENDAHULUAN 1 I.1 Latar Belakang........................... 1 I.2 Rumusan Masalah......................... 2 I.3 Metodologi............................. 2 I.4 Sistematika Penulisan........................ 3 Bab II TINJAUAN PUSTAKA 4 Bab III CATACLYSMIC VARIABLE 7 III.1 Subkelas CV............................. 8 III.2 Pembentukan CV.......................... 10 Bab IV SYARAT BATAS DALAM PEMROGRAMAN 13 vi
IV.1 Massa Bintang Primer....................... 13 IV.2 Massa Bintang Sekunder...................... 15 IV.3 Periode................................ 16 IV.4 Roche Lobe............................. 16 IV.5 Angin Bintang............................ 17 IV.6 Zero Age Horizontal Branch.................... 18 IV.7 Sistem Post-CE........................... 20 Bab V ANGIN BINTANG & HORIZONTAL BRANCH 22 V.1 Angin Bintang............................ 22 V.2 Evolusi Horizontal Branch..................... 24 Bab VI SINTESIS POPULASI DENGAN PROGRAM STAR 28 VI.1 Metode................................ 28 VI.2 Langkah Kerja........................... 29 VI.3 Model ZAHB............................ 31 VI.4 Pemeriksaan Output........................ 35 Bab VII HASIL DAN ANALISIS 37 VII.1Karakteristik Hasil Evolusi..................... 37 VII.2Parameter Sistem Post-CE..................... 38 VII.2.1 Posisi Sistem Post-CE di Diagram HR.......... 39 vii
VII.2.2 Distribusi λ......................... 45 VII.2.3 Distribusi M core vs Usia.................. 47 Bab VIII DISKUSI 52 DAFTAR PUSTAKA 56 viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A 62 Lampiran B 63 Lampiran C 64 ix
DAFTAR GAMBAR III.1 Sistem bintang cataclysmic variable............... 7 III.2 Pembentukan accretion disk................... 8 III.3 Skema pembentukan CV..................... 12 IV.1 IMF untuk input massa bintang primer............. 14 IV.2 Grafik radius bintang 1.00M terhadap usia.......... 15 IV.3 Jejak evolusi melalui HB..................... 19 V.1 Jejak evolusi & perubahan massa dengan model angin berbeda 24 V.2 Jejak evolusi bintang dengan model HB............. 26 VI.1 Jejak evolusi bintang dengan massa 1.185M.......... 32 VI.2 Jejak evolusi lanjutan untuk bintang dengan massa 1.185M. 34 VII.1 Sebaran sistem post-ce dalam diagram HR tanpa angin bintang 40 VII.2 Sebaran sistem post-ce dalam diagram HR dengan angin 0.3. 41 VII.3 Sebaran sistem post-ce dalam diagram HR dengan angin 0.5. 42 VII.4 Distribusi m core oleh Ginanjar (2006).............. 43 VII.5 Distribusi m core.......................... 44 VII.6 Distribusi λ dari hasil sintesis populasi oleh Ginanjar (2006). 45 VII.7 Distribusi λ............................ 46 x
VII.8 Hubungan m core dengan usia sistem dari Ginanjar (2006)... 47 VII.9 Distribusi m core terhadap usia tanpa angin bintang...... 49 VII.10 Distribusi mcore terhadap usia dengan angin bintang 0.3... 50 VII.11 Distribusi mcore terhadap usia dengan angin bintang 0.5... 51 VIII.1 Distribusi m core sistem PCEB dari survei SDSS........ 53 VIII.2 Distribusi massa white dwarf................... 53 xi