[論文レビュー] Determination of Mass Loss and Mass Transfer Rates of Algol (Beta Persei) from the Analysis of Absorption Lines in the UV Spectra Obtained by the IUE Satellite

Kristen Wecht|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、1978年から1989年までの高分解能IUE紫外線スペクトルを用いて、アルゴル連星系（ベータ・ペルセイ）の質量損失および質量移動率を特定する。アルミニウム、マグネシウム、鉄、ケイ素のイオン化状態の径方向速度、線幅、吸収成分を分析することで、安定したガス流と一時的な活動を同定し、質量移動率は約10⁻¹⁴ M☉/yrであると判明。システム全体の質量損失は、脱出速度未満の低速流出のため、最小限に抑えられている。

ABSTRACT

The International Ultraviolet Explorer (IUE) archive of high-resolution ultraviolet spectra of the eclipsing semi-detached binary star, Algol (Beta Persei, HD 19356), taken from September 1978 to September 1989, is analyzed in order to characterize the movement of gas within and from this system. Light curves are constructed, using a total of 1647 continuum level measurements. These results support the semidetached status of this interacting binary star. Radial velocities, residual intensities, full width half maxima (FWHM), line asymmetries, and equivalent widths of UV absorption lines for aluminum, magnesium, iron, and silicon in a range of ionization states are determined and analyzed. For selected epochs, we were able to isolate gas stream and photospheric contributions by an examination of the differences between spectral line shapes. We observed variations in line shape and strength, with orbital phase and epoch, indicating the presence of stable gas streams and circumstellar gas, and periods of increased mass-transfer activity associated with transient gas streams. The 1989 data indicates moderate activity. This epoch was examined most closely since it provides the greatest phase coverage. Spectral line profiles in 1978 and 1984 have the strongest gas-flow absorption components, indicating that these are the epochs of the greatest activity. The dense phase coverage in September 1989 allows us to measure the mass loss rate from Algol B into Algol A which is of order ~10E-14 solar masses per year. Since the highest gas-flow velocities are in the 100 kilometer per second range, well below escape velocity, we conclude that systemic mass loss due to gas flow is small for the Algol system.

研究の動機と目的

• 紫外線スペクトルデータを用いてアルゴル連星系におけるガスの力学的挙動を特徴づけること。
• 紫外線における吸収線プロファイルから質量損失および質量移動率を特定すること。
• 時間的および公転位相に応じたガス流れの活動の変動を同定すること。
• スペクトル線における光球層成分と流れ成分の寄与を区別すること。
• ガス流が質量移動およびシステム全体の質量損失に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 1978年から1989年までのIUE高分解能紫外線スペクトルから得られた1,647件の連続スペクトルレベルの測定値の分析。
• アルミニウム、マグネシウム、鉄、ケイ素の複数のイオン化状態について、径方向速度、半値全幅（FWHM）、等価幅、線対称性の測定。
• エポックおよび公転位相にわたるスペクトル線の形状の違いを比較することで、ガス流れ成分と光球層成分を分離。
• 公転位相別線幅プロファイル解析を用いて、一時的および安定したガス流れ成分を検出。
• 流体力学的平衡を仮定し、吸収ガスの速度および密度に基づいて質量損失率を推定。
• 線強度および形状の変化を比較することで、質量移動活動が活発化した時期を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アルゴルBからアルゴルAへの質量移動率は、紫外線吸収線プロファイルからどの程度と推定されるか？
• RQ2 アルミニウム、マグネシウム、鉄、ケイ素の径方向速度および線形状は、公転位相および時間経過に伴いどのように変化するか？
• RQ3 アルゴル系に安定したガス流と一時的なガス流れ成分が存在する証拠は何か？
• RQ4 観測された速度を踏まえると、ガス流れによるシステム全体の質量損失はどの程度発生しているか？
• RQ5 スペクトル吸収特性から、どのエポックで質量移動活動が最も活発であったか？

主な発見

• アルゴルBからアルゴルAへの質量移動率は、1989年9月の密度の高い観測期間に基づき、約10⁻¹⁴太陽質量/年と推定された。
• 1989年のデータは中程度の質量移動活動を示しており、特に1978年および1984年に顕著なガス流れの吸収成分が観測されたことから、これらの時期にピーク活動が見られたと判明した。
• ガス流れの速度は100 km/s前後であり、脱出速度をはるかに下回っているため、ガス流れによるシステム全体の質量損失は無視できるほど小さい。
• 公転位相およびエポックに伴う線幅プロファイルの変化は、安定したガス流および周囲星間ガスの存在を確認しており、活動度の高い時期には一時的な成分も観測された。
• 線幅の非対称性および残差強度は、アルゴルが持続的な質量移動を伴う半分離連星系であることを支持している。
• 本分析により、主な質量移動メカニズムは、束縛されていない流れではなく、構造的で束縛されたガス流によるものであると確認された。