[論文レビュー] A Far-Ultraviolet Spectroscopic Survey of the Globular Cluster 47 Tuc

C. Knigge, Michael M. Shara+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のデータを用いて、球状星団47 Tucの遠紫外線（FUV）分光および画像測光調査を実施し、約425個のFUV源を特定した。そのうち約30個は強力な超新星爆発型変光星（CV）候補である。最も明るい源であるAKO 9は、長期間のフィールドCVであるGK Perに類似した強力なC IVおよびHe II発光線を示すFUVスペクトルを示しており、これは、準巨星型の供給星の核進化によって駆動されるDN型CVである可能性を示唆しており、GC内のCVが初めて分光的に確認されたものであり、潮汐捕獲理論の予測を裏付けるものである。

ABSTRACT

We present preliminary results from a FUV spectroscopic and photometric survey of the globular cluster 47 Tuc. Our main goal is to either confirm or rule out the existence of a large population of CVs in the core of this cluster. We have so far identified approximately 425 FUV sources, most of which are probably hot, young WDs. However, we have also found approximately 30 FUV sources whose position in a FUV-optical color-magnitude diagram makes them strong CV candidates. If most or all of these objects are eventually confirmed as CVs, the large CV population predicted by tidal capture theory has finally been found. Our data has also allowed us to resolve the long-standing puzzle surrounding AKO 9, a UV-bright and highly variable 1.1 day binary system in 47 Tuc. AKO 9 is the brightest FUV source in our data and presents a blue FUV spectrum with strong CIV and HeII emission lines. Its spectrum is similar to that of the long-period, DN-type field CV GK Per. Based on this similarity and other evidence, we suggest that AKO 9 is a long-period CV in which mass-transfer is driven by the nuclear evolution of a sub-giant donor star.

研究の動機と目的

• 47 Tucのような球状星団における、理論的予測と観測的探索の間にある長年の矛盾、すなわち多数の超新星爆発型変光星（CV）が予測されているが、実際に多くは検出されていないという問題を解明すること。
• 動的相互作用によって47 Tucの中心部に100個以上のCVが予測される潮汐捕獲理論を検証すること。
• 従来の調査に制限があることを補うために、FUVベースの新規観測戦略を用いてCVを同定・分光的に確認すること。
• 長年にわたり謎とされてきた、47 Tucに存在する高変光性・UV明るい連星AKO 9の本質を解明すること。
• 過去の調査でCVがほとんど検出されなかったのは、観測バイアスのためか、理論的欠落のためかを特定すること。

提案手法

• 遠紫外線（1450–1750 Å）分光法を実施するため、スリットレス方式でSTISにG140Lグレーティングを用いて、10回の観測を含むハッブル宇宙望遠鏡による47 Tucの多回観測調査を実施した。
• 10分間の露出で得られたFUVおよび光学的画像測光データを組み合わせ、源の分類に用いるFUV–光学カラーマグニチュード図（CMD）を構築した。
• 1450 Å未満の地球圏背景放射を低減するためにクォーツフィルターを用い、FUVバンドにおける信号対雑音比を向上させた。
• 数分から数か月にわたる時間スケールでの光曲線解析により、CVの行動を示す変光を検出した。
• FUVおよびUバンドの光曲線を用いて、AKO 9の日食モデルを構築し、日食深度および各成分の寄与度を評価した。
• AKO 9のFUVスペクトルを、長期間のフィールドCVであるGK Perのアーカイブデータと比較した。距離および減光補正を施して、直接的なスペクトル比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 潮汐捕獲理論が予測するように、47 Tucの中心部に、予想されるような明るさの弱い超新星爆発型変光星が実際に存在するのか？
• RQ2 遠紫外線分光調査は、従来の光学およびUV調査に見られる制限を克服し、球状星団内のCVを検出できるのか？
• RQ3 47 Tucに存在する高変光性・UV明るい連星AKO 9の真の性質は何か？これは、長期間のCVの新種を示唆するのか？
• RQ4 理論的予測では47 Tucに100個以上もCVが存在すると予測されているにもかかわらず、なぜ過去の調査では多数のCVが検出されなかったのか？
• RQ5 AKO 9の変光性およびスペクトルエネルギー分布は、供給星の進化によって駆動されるDN型CVと整合するのか、それとも標準的なディスク不安定性とは異なるのか？

主な発見

• 本調査では、47 Tucに約425個の遠紫外線源が検出された。その多くは、高温で若年の白色矮星とみられる。
• FUV–光学カラーマグニチュード図における位置に基づき、約30個のFUV源が強力な超新星爆発型変光星候補と特定された。
• AKO 9は本調査で最も明るいFUV源であり、強力なC IVおよびHe II発光線を示す青いFUVスペクトルを示している。
• AKO 9のFUVスペクトルは、特に線幅の挙動や相対的な日食深度において、長期間のフィールドCVであるGK Perのスペクトルと類似している。
• 日食モデルの結果、AKO 9の連続スペクトルは発光線よりも深く日食されていることが判明した。これは、吸着円盤風のような垂直に拡張した発光領域の特徴である。
• これらの証拠は、AKO 9が準巨星型の供給星の核進化によって駆動される長期間のDN型超新星爆発型変光星であると解釈するのに適しており、本調査で初めて分光的に確認されたGC内CVである。