Skip to main content
Log in

Merged white dwarfs and nucleosynthesis

  • Published:
Journal of Astrophysics and Astronomy Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Orbital decay mechanisms argue that double white dwarf mergers are inevitable, but extremely rare. Whilst some mergers result in explosions, the survivors re-ignite helium and burn brightly for tens of thousands or millions of years. Candidate survivors include extreme helium stars, R CrB variables and various classes of helium-rich subluminous star. Nuclear waste on the survivors’ surfaces provides evidence of the stars’ nuclear history prior to and their nucleosynthesis during the merger. Extensive and deep spectroscopic surveys offer rich prospects for future discoveries.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Figure 1
Figure 2
Figure 3
Figure 4
Figure 5

Similar content being viewed by others

Notes

  1. Recent work suggests DY Cen should not be included and is probably a late shell-flash post-AGB star (Jeffery et al. 2020).

References

  • Asplund M., Gustafsson B., Lambert D. L., Rao N. K., 2000, A&A, 353, 287

    ADS  Google Scholar 

  • Benz W., Cameron A. G. W., Press W. H., Bowers R. L., 1990, ApJ, 348, 647

    ADS  Google Scholar 

  • Bhowmick A., Pandey G., Lambert D. L., 2020, ApJ, 891, 40

    ADS  Google Scholar 

  • Bond H. E., Luck R. E., Newman M. J., 1979, ApJ, 233, 205

    ADS  Google Scholar 

  • Breedt E., Steeghs D., Marsh T. R., Gentile Fusillo N. P., Tremblay P.-E., Green M., De Pasquale S., Hermes J. J., Gänsicke B. T., Parsons S. G., et al. 2017, MNRAS, 468, 2910

  • Brown W. R., Kilic M., Bédard A., Kosakowski A., Bergeron P., 2020, ApJ, 892, L35

    ADS  Google Scholar 

  • Brown W. R., Kilic M., Kenyon S. J., Gianninas A., 2016, ApJ, 824, 46

    ADS  Google Scholar 

  • Brown W. R., Kilic M., Kosakowski A., Andrews J. J., Heinke C. O., Agüeros M. A., Camilo F., Gianninas A., Hermes J. J., Kenyon S. J., 2020, ApJ, 889, 49

    ADS  Google Scholar 

  • Burdge K. B., et al. 2019, Nature, 571, 528

    ADS  Google Scholar 

  • Burdge K. B., Fuller J., Phinney E. S., van Roestel J., Claret A., Cukanovaite E., Gentile Fusillo N. P., Coughlin M. W., Kaplan D. L., Kupfer T., Tremblay P.-E., Dekany R. G., Duev D. A., Feeney M., Riddle R., Kulkarni S. R., Prince T. A., 2019, ApJ, 886, L12

  • Chen X., Jeffery C. S., Zhang X., Han Z., 2012, ApJ, 755, L9

    ADS  Google Scholar 

  • Clayton G. C., Geballe T. R., Herwig F., Fryer C., Asplund M., 2007, ApJ, 662, 1220

    ADS  Google Scholar 

  • Clayton G. C., Herwig F., Geballe T. R., Asplund M., Tenenbaum E. D., Engelbracht C. W., Gordon K. D., 2005, ApJ, 623, L141

    ADS  Google Scholar 

  • Crawford C. L., Clayton G. C., Munson B., Chatzopoulos E., Frank J., 2020, MNRAS

  • Dan M., Rosswog S., Brüggen M., Podsiadlowski P., 2014, MNRAS, 438, 14

    ADS  Google Scholar 

  • Drilling J. S., Jeffery C. S., Heber U., 1998, A&A, 329, 1019

    ADS  Google Scholar 

  • Eggleton P. P., 1983, ApJ, 268, 368

    ADS  Google Scholar 

  • Eisenstein D. J., et al. 2006, ApJS, 167, 40

    ADS  Google Scholar 

  • García-Hernández D. A., Lambert D. L., Rao N. K., Hinkle K. H., Eriksson K., 2010, ApJ, 714, 144

  • Guerrero J., García-Berro E., Isern J., 2004, A&A, 413, 257

    ADS  Google Scholar 

  • Hachisu I., Eriguchi Y., Nomoto K., 1986a, ApJ, 308, 161

    ADS  Google Scholar 

  • Hachisu I., Eriguchi Y., Nomoto K., 1986b, ApJ, 311, 214

    ADS  Google Scholar 

  • Hall P. D., Jeffery C. S., 2016, MNRAS, 463, 2756

    ADS  Google Scholar 

  • Han Z., 1998, MNRAS, 296, 1019

    ADS  Google Scholar 

  • Han Z., Podsiadlowski P., Eggleton P. P., 1995, MNRAS, 272, 800

    ADS  Google Scholar 

  • Han Z., Podsiadlowski P., Maxted P. F. L., Marsh T. R., Ivanova N., 2002, MNRAS, 336, 449

    ADS  Google Scholar 

  • Han Z., Webbink R. F., 1999, A&A, 349, L17

    ADS  Google Scholar 

  • Heber U., 2016, PASP, 128, 2001

    Google Scholar 

  • Hema B. P., Pandey G., Lambert D. L., 2012, ApJ, 747, 102

    ADS  Google Scholar 

  • Hermes J. J., Kilic M., Brown W. R., Winget D. E., Allende Prieto C., Gianninas A., Mukadam A. S., Cabrera-Lavers A., Kenyon S. J., 2012, ApJ, 757, L21

    ADS  Google Scholar 

  • Iben Jr. I., 1990, ApJ, 353, 215

    ADS  Google Scholar 

  • Iben Jr. I., Tutukov A. V., 1984, ApJS, 54, 335

    ADS  Google Scholar 

  • Ivanova N., Justham S., Avendano Nandez J. L., Lombardi J. C., 2013, Science, 339, 433

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., 1988, MNRAS, 235, 1287

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., 1993, A&A, 279, 188

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., 1998, MNRAS, 294, 391

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., 2017, MNRAS, 470, 3557

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Heber U., 1993, A&A, 270, 167

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Hill P. W., Heber U., 1999a, A&A, 346, 491

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Hill P. W., Heber U., 1999b, A&A, 346, 491

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Karakas A. I., Saio H., 2011, MNRAS, 414, 3599

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Neelamkodan N., Woolf V. M., Crawford S. M., Østensen R. H., 2017, Open Astronomy, 26, 202

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Rao N. K., Lambert D. L., 2020, MNRAS, 493, 3565

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery, C. S., Miszalski, B., Snowdon, E., 2020, MNRAS in press

  • Jeffery C. S., Starling R. L. C., Hill P. W., Pollacco D., 2001a, MNRAS, 321, 111

    ADS  Google Scholar 

  • Jeffery C. S., Woolf V. M., Pollacco D. L., 2001b, A&A, 376, 497

    ADS  Google Scholar 

  • Kaufmann J. P., Schönberner D., 1977, A&A, 57, 169

    ADS  Google Scholar 

  • Kawai Y., Saio H., Nomoto K., 1987, ApJ, 315, 229

  • Kawai Y., Saio H., Nomoto K., 1988, ApJ, 328, 207

    ADS  Google Scholar 

  • Kilic M., Brown W. R., Allende Prieto C., Agüeros M. A., Heinke C., Kenyon S. J., 2011, ApJ, 727, 3

    ADS  Google Scholar 

  • Kilic M., Brown W. R., Allende Prieto C., Kenyon S. J., Heinke C. O., Agüeros M. A., Kleinman S. J., 2012, ApJ, 751, 141

    ADS  Google Scholar 

  • Kilic M., Brown W. R., Allende Prieto C., Kenyon S. J., Panei J. A., 2010, ApJ, 716, 122

    ADS  Google Scholar 

  • Kilic M., Brown W. R., Gianninas A., Hermes J. J., Allende Prieto C., Kenyon S. J., 2014, MNRAS, 444, L1

    ADS  Google Scholar 

  • Kremer K., Breivik K., Larson S. L., Kalogera V., 2017, ApJ, 846, 95

    ADS  Google Scholar 

  • Kupfer T., Przybilla N., Heber U., Jeffery C. S., Behara N. T., Butler K., 2017, MNRAS, 471, 877

    ADS  Google Scholar 

  • Lambert D., 1996, ASP-CS, 96, 443

  • Lambert D. L., Rao N. K., 1994, JAA, 15, 47

    ADS  Google Scholar 

  • Lauer A., Chatzopoulos E., Clayton G. C., Frank J., Marcello D. C., 2019, MNRAS, 488, 438

    ADS  Google Scholar 

  • Leonard P. J. T., 1989, AJ, 98, 217

    ADS  Google Scholar 

  • LIGO and Virgo Collaborations 2017a, Phys. Rev. Lett., 119, 161101

  • LIGO and Virgo Collaborations 2017b, ApJ, 848, L12

  • Liu J., Han Z., Zhang F., Zhang Y., 2010, ApJ, 719, 1546

    ADS  Google Scholar 

  • Longland R., Lorén-Aguilar P., José J., García-Berro E., Althaus L. G., 2012, A&A, 542, A117

    ADS  Google Scholar 

  • Longland R., Lorén-Aguilar P., José J., García-Berro E., Althaus L. G., Isern J., 2011, ApJ, 737, L34

    ADS  Google Scholar 

  • Lorén-Aguilar P., Isern J., García-Berro E., 2009, A&A, 500, 1193

    ADS  Google Scholar 

  • Lynden-Bell, D. Pringle, J. E., 1974, MNRAS, 168, 603

  • Marsh T. R., Dhillon V. S., Duck S. R., 1995, MNRAS, 275, 828

    ADS  Google Scholar 

  • Marsh T. R., Nelemans G., Steeghs D., 2004, MNRAS, 350, 113

    ADS  Google Scholar 

  • Martin P., Jeffery C. S., Naslim N., Woolf V. M., 2017, MNRAS, 467, 68

    ADS  Google Scholar 

  • Menon A., Herwig F., Denissenkov P. A., Clayton G. C., Staff J., Pignatari M., Paxton B., 2013, ApJ, 772, 59

    ADS  Google Scholar 

  • Menon A., Karakas A. I., Lugaro M., Doherty C. L., Ritter C., 2019, MNRAS, 482, 2320

    ADS  Google Scholar 

  • Mochkovitch R., Livio M., 1990, A&A, 236, 378

    ADS  Google Scholar 

  • Motl P. M., Frank J., Tohline J. E., D’Souza M. C. R., 2007, ApJ, 670, 1314

    ADS  Google Scholar 

  • Napiwotzki R., Christlieb N., Drechsel H., Hagen H.-J., Heber U., Homeier D., Karl C., Koester D., Leibundgut B., Marsh T. R., Moehler S., Nelemans G., Pauli E.-M., Reimers D., Renzini A., Yungelson L., 2001, Astronomische Nachrichten, 322, 411

    ADS  Google Scholar 

  • Naslim N., Jeffery C. S., Behara N. T., Hibbert A., 2011, MNRAS, 412, 363

    ADS  Google Scholar 

  • Nelemans G., Portegies Zwart S. F., Verbunt F., Yungelson L. R., 2001, A&A, 368, 939

  • Nelemans G., Verbunt F., Yungelson L. R., Portegies Zwart S. F., 2000, A&A, 360, 1011

    ADS  Google Scholar 

  • Nelemans G., Yungelson L. R., Portegies Zwart S. F., 2001, A&A, 375, 890

    ADS  Google Scholar 

  • Nelemans G., Yungelson L. R., Portegies Zwart S. F., Verbunt F., 2001, A&A, 365, 491

    ADS  Google Scholar 

  • Nomoto K., Hashimoto M., 1987, Ap&SS, 131, 395

    ADS  Google Scholar 

  • Nomoto K., Sugimoto D., 1977, PASJ, 29, 765

    ADS  Google Scholar 

  • Paczyński B., 1966, Acta Astronomica, 16, 231

    ADS  Google Scholar 

  • Paczyński B., 1971, Acta Astron., 21, 1

    ADS  Google Scholar 

  • Pandey G., 2006, ApJ, 648, L143

    ADS  Google Scholar 

  • Pandey G., Kameswara Rao N., Lambert D. L., Jeffery C. S., Asplund M., 2001, MNRAS, 324, 937

    ADS  Google Scholar 

  • Pandey G., Lambert D. L., 2011, ApJ, 727, 122

    ADS  Google Scholar 

  • Pandey G., Lambert D. L., Jeffery C. S., Rao N. K., 2006, ApJ, 638, 454

    ADS  Google Scholar 

  • Pandey G., Lambert D. L., Rao N. K., 2008, ApJ, 674, 1068

    ADS  Google Scholar 

  • Pandey G., Reddy B. E., 2006, MNRAS, 369, 1677

    ADS  Google Scholar 

  • Paxton B., Bildsten L., Dotter A., Herwig F., Lesaffre P., Timmes F., 2011, ApJS, 192, 3

    ADS  Google Scholar 

  • Paxton B., Cantiello M., Arras P., Bildsten L., Brown E. F., Dotter A., Mankovich C., Montgomery M. H., Stello D., Timmes F. X., Townsend R., 2013, ApJS, 208, 4

    ADS  Google Scholar 

  • Paxton B., Marchant P., Schwab J., Bauer E. B., Bildsten L., Cantiello M., Dessart L., Farmer R., Hu H., Langer N., Townsend R. H. D., Townsley D. M., Timmes F. X., 2015, ApJS, 220, 15

    ADS  Google Scholar 

  • Paxton B., Schwab J., Bauer E. B., Bildsten L., Blinnikov S., Duffell P., Farmer R., Goldberg J. A., Marchant P., Sorokina E., Thoul A., Townsend R. H. D., Timmes F. X., 2018, ApJS, 234, 34

    ADS  Google Scholar 

  • Rao N. K., Lambert D. L., 1996, ASP-CS, 96, 43

  • Saio H., Jeffery C. S., 2000, MNRAS, 313, 671

    ADS  Google Scholar 

  • Saio H., Jeffery C. S., 2002, MNRAS, 333, 121

    ADS  Google Scholar 

  • Saio H., Nomoto K., 1998, ApJ, 500, 388

    ADS  Google Scholar 

  • Schönberner D., 1977, A&A, 57, 437

    ADS  Google Scholar 

  • Schönberner D., 1979, A&A, 79, 108

    ADS  Google Scholar 

  • Schönberner D., 1986, Proc. IAU Colloquium No. 87 (Reidel, Dordrecht), p. 471

  • Schwab J., 2018, MNRAS, 476, 5303

    ADS  Google Scholar 

  • Schwab J., 2019, ApJ, 885, 27

    ADS  Google Scholar 

  • Segretain L., Chabrier G., Mochkovitch R., 1997, ApJ, 481, 355

    ADS  Google Scholar 

  • Shen K. J., 2015, ApJL, 805, L6

    ADS  Google Scholar 

  • Shen K. J., Bildsten L., Kasen D., Quataert E., 2012, ApJ, 748, 35

    ADS  Google Scholar 

  • Soker N., Tylenda R., 2006, MNRAS, 373, 733

    ADS  Google Scholar 

  • Staff J. E., Menon A., Herwig F., Even W., Fryer C. L., Motl P. M., Geballe T., Pignatari M., Clayton G. C., Tohline J. E., 2012, ApJ, 757, 76

    ADS  Google Scholar 

  • Staff J. E., Wiggins B., Marcello D., Motl P. M., Even W., Fryer C. L., Raskin C., Clayton G. C., Frank J., 2018, ApJ, 862, 74

    ADS  Google Scholar 

  • Ströer A., Heber U., Lisker T., Napiwotzki R., Dreizler S., Christlieb N., Reimers D., 2007, A&A, 462, 269

    ADS  Google Scholar 

  • Taylor J. H., Weisberg J. M., 1982, ApJ, 253, 908

    ADS  Google Scholar 

  • Tylenda R., Hajduk M., Kamiński T., Udalski A., Soszyński I., Szymański M. K., Kubiak M., Pietrzyński G., Poleski R., Wyrzykowski Ł., Ulaczyk K., 2011, A&A, 528, A114

    ADS  Google Scholar 

  • Webbink R. F., 1976, ApJS, 32, 583

    ADS  Google Scholar 

  • Webbink R. F., 1984, ApJ, 277, 355

    ADS  Google Scholar 

  • Webbink R. F., Han Z., 1998, AIP-CP, 456, 61

  • Woolf V. M., Jeffery C. S., 2002, A&A, 395, 535

    ADS  Google Scholar 

  • Yoon S., Podsiadlowski P., Rosswog S., 2007, MNRAS, 380, 933

    ADS  Google Scholar 

  • Yu S., Jeffery C. S., 2010, A&A, 521, A85

  • Yu S., Jeffery C. S., 2011, MNRAS, 417, 1392

    ADS  Google Scholar 

  • Zhang X., Jeffery C. S., 2012a, MNRAS, 426, L81

    ADS  Google Scholar 

  • Zhang X., Jeffery C. S., 2012b, MNRAS, 419, 452

    ADS  Google Scholar 

  • Zhang X., Jeffery C. S., Chen X., Han Z., 2014, MNRAS, 445, 660

    ADS  Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

The lead author is indebted to generations of collaborators on the topic of this paper. Particular thanks are due to Amanda Karakas and Hideyuki Saio, who cowrote Jeffery et al. (2011), Shenghua Yu, who did the population synthesis, Kameswara Rao, Gajendra Pandey and David Lambert, who had kept him grounded in observations, and Dick Carson, Phil Hill, Kurt Hunger, Tony Lynas-Gray, John Drilling and Uli Heber, who set him on this fantastic journey of discovery. He is indebted to the organizers of ‘150 Years of the Periodic Table’ for their invitation and hospitality in Bengaluru, and to the organizers of the Tucson workshop on ‘Stellar Remnants’ in 1984 at which he first encountered Webbink’s merger model for RCB stars (Webbink 1984).

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to C. Simon Jeffery.

Additional information

This article is part of the Topical Collection: Chemical Elements in the Universe: Origin and Evolution.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Jeffery, C.S., Zhang, X. Merged white dwarfs and nucleosynthesis. J Astrophys Astron 41, 48 (2020). https://doi.org/10.1007/s12036-020-09669-0

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s12036-020-09669-0

Keywords

Navigation