[論文レビュー] Evidence for a substellar secondary in the magnetic cataclysmic binary EF Eridani

K. Beuermann, P. J. Wheatley+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、低状態の光学スペクトルに顕著なスペクトル線が検出されないことに基づき、磁気的変動星EF Eriが、恒星質量下限に近い亜惑星伴星（白色矮星または水素核融合限界に近い遷移的対象）を有すると示唆している。白色矮星の異常に低い有効温度（9500 ± 500 K）は、冷却年齢が10⁹年以上に達することを示し、温かい褐色矮星を除外し、この系が変動星進化の周期最小値を通過した可能性が高いことを示している。

ABSTRACT

Low-state spectrophotometry of the short-period polar EF Eridani (Porb=81 min) found the system at V=18.0 with no trace of the companion (Wheatley and Ramsay 1998). We show that the lack of such spectral features implies that the companion to the white dwarf in EF Eri has a spectral type later than M9 and is either a transition object at the brink of hydrogen burning or a brown dwarf. The optical low state spectrum indicates a temperature of the white dwarf of Teff=9500+-500K. This is one of the coldest white dwarfs in cataclysmic variables, implying a cooling age t_cool>=10e9 yrs or accretional heating at a rate as given by gravitational radiation. The large age of the system excludes a warm brown dwarf as companion. EF Eri has either just passed through the period minimum of cataclysmic variable stars or has started mass transfer from an old brown dwarf secondary.

研究の動機と目的

• 磁気的変動星EF Eriにおける二次星の性質を、低降着状態における光学スぺクトルでの検出不能性に基づき特定すること。
• 低状態スペクトルにおけるフラックス特徴の欠如を用いて、見えない伴星のスペクトル型と質量を制約すること。
• 観測された公転周期（81分）を理論的周期最小値（77分）と比較することで、EF Eriの進化段階を評価し、周期バンプを通過したかどうかを推定すること。
• 白色矮星の低温度（9500 K）が冷却によるものか、降着加熱によるものかを評価し、伴星の質量と進化歴に及ぼす意味を解明すること。

提案手法

• 1997年2月にチリのラ・シルヤに設置されたESO 3.6-m望遠鏡を用いて、EF Eriの低状態スペクトロフォトメトリを実施。観測は空気質量および地上大気吸収の補正を施した。
• サイクロトロン放射を、サイクロトロン最大位相と最小位相の差分スペクトルを用いてスペクトルから除去し、非磁気的連続スペクトルを分離した。
• 観測された連続スペクトル（λ > 5300 Å）を非磁気的および磁気的モデル大気とフィットさせ、白色矮星の有効温度をT_eff = 9500 ± 500 Kとして決定した。
• 表面輝度の実験的キャリブレーションを用いて、遅刻型MまたはL星が寄与する最大フラックスを推定し、このような特徴が存在しないことから、伴星のスペクトル型はM9より後ろ（後退）であると制約された。
• 白色矮星冷却および変動星進化の理論的モデルを用いて、系の年齢と公転周期を考慮し、伴星の質量と進化状態を推定した。
• 白色矮星の温度と冷却年齢から降着率を推定し、重力放射駆動降着率と比較することで、高質量白色矮星（M₁ ≥ 0.6 M☉）との整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低状態における光学フラックスの検出不能性に基づき、磁気的変動星EF Eriの見えない二次星のスペクトル型と質量は何か？
• RQ2 白色矮星の有効温度が9500 Kであるという事実から、その温度が十分に低いために、温かい褐色矮星伴星を除外できるか？
• RQ3 EF Eriは変動星進化における周期最小値を通過したのか？現在の公転周期（81分）は、その伴星の質量と性質に何を示唆するか？
• RQ4 白色矮星の観測温度は冷却のみで説明できるのか、それとも降着加熱によって維持されているのか？このことは降着率と伴星質量に何を意味するか？
• RQ5 観測された公転周期（81分）と理論的最小周期（77分）の差異は、CV系に追加の角運動量損失機構または隠れた進化経路の存在を示唆するか？

主な発見

• EF Eriの低状態スペクトルに顕著なスペクトル線が検出されないことは、二次星のスペクトル型がM9より後退している（M9以降）ことを示し、主系列のM型星を除外する。
• EF Eriの白色矮星は有効温度9500 ± 500 Kを示しており、信頼性のある温度測定がなされた変動星に属する白色矮星の中で、最も冷たいものである。
• 低温度は冷却年齢が10⁹年以上に達することを示し、この期間にわたり温かい褐色矮星はより低い温度に冷却されるため、このような伴星は除外される。
• 公転周期81分は、観測された最小周期77分より4分長いことから、EF Eriは周期最小値を通過しており、周期が長くなる方向へ進化していると示唆される。
• 進化モデルと年齢制約に基づき、伴星は褐色矮星（M₂ < 0.06 M☉）または水素核融合限界に近い遷移的対象（M₂ ≈ 0.075 M☉）である可能性が最も高い。
• 白色矮星の温度を維持するための降着率は、重力放射駆動降着率と整合的であり、高質量白色矮星（M₁ ≥ 0.6 M☉）と亜惑星伴星の存在を支持する。