[論文レビュー] High-resolution spectroscopy of the intermediate polar EX Hydrae. I. Kinematic study and Roche tomography

K. Beuermann, K. Reinsch|ArXiv.org|Feb 18, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 30被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、VLT/UVESを用いた高分解能分光法により、中間的極星EX Hydraeの二次星の径速度を、狭いNaIおよびCaII発光線を通じて直接測定した。これにより、軌道モデル化を用いて正確な質量を決定できた。主な結果として、白色矮星質量は0.790 ± 0.026 M⊙、二次星質量は0.108 ± 0.008 M⊙であり、従来の推定値を顕著に再評価し、重力放射駆動質量移動と整合していることを確認した。

ABSTRACT

EX Hya is one of the few double-lined eclipsing cataclysmic variables that allow an accurate measurement of the binary masses. We analyze orbital phase-resolved UVES/ VLT high resolution spectroscopic observations of EX Hya with the aims of deriving the binary masses and obtaining a tomographic image of the illuminated secondary star. We present a novel method for determining the binary parameters by directly fitting an emission model of the illuminated secondary star to the phase-resolved line profiles of NaI lambda 8183/ 8195 in absorption and emission and CaII lambda 8498 in emission. The fit to the NaI and CaII line profiles, combined with the published K1, yields a white-dwarf mass M1 = 0.790 +/- 0.026 Msun, a secondary mass M2 = 0.108 +/- 0.008 Msun, and a velocity amplitude of the secondary star K2 = 432.4 +/- 4.8 km s-1. The secondary is of spectral type dM5.5 +/- 0.5 and has an absolute K-band magnitude of MK = 8.8. Its Roche radius places it on or very close to the main sequence of low-mass stars. It differs from a main sequence star by its illuminated hemisphere that faces the white dwarf. The secondary star contributes only 5% to the observed spin-phase averaged flux at 7500 A, 7.5% at 8200 A, and 37% in the K-band. We present images of the secondary star in the light of the NaI doublet and the CaII emission line derived with a simplified version of Roche tomography. We have discovered narrow spectral lines from the secondary star in EX Hya that delineate its orbital motion and allow us to derive accurate masses of both components. The primary mass significantly exceeds recently published values. The secondary is a low-mass main sequence star that displays a rich emission line spectrum on its illuminated side, but lacks chromospheric emission on its dark side.

研究の動機と目的

• 分類的変光星における質量移動モデルの検証に重要な系である中間的極星EX Hydraeの成分質量に関する長年の不確実性を解消すること。
• これまで二次星のスペクトル線が遮蔽されてしまう強力な降着円盤および磁気ホースの影響を克服し、二次星スペクトル線を明確に検出すること。
• NaIおよびCaIIの位相分解スペクトル線プロファイルを用いた、新しい運動学的フィッティング手法を開発・適用し、正確な軌道パラメータを導出すること。
• 二次星の照光された半球のRocheトモグラフィー像を作成し、その発光構造および照射効果を明らかにすること。
• 導出された質量が重力放射駆動質量移動と白色矮星冷却モデルと整合しているかを検証すること。

提案手法

• 2夜にわたって、3760–8521 Åをカバーする同時青・赤両アームを備えた、高分解能（λ/Δλ ≈ 27,000）の位相分解UVES/VLTスペクトルを取得した。
• NaI λ8183/8195（吸収および発光）およびCaII λ8498（発光）の観測された線プロファイルが、二次星の照光された半球から起因するものとして、新しいフィッティング手法を適用した。
• 既存の$K_1 = 59.6$ km s⁻¹と組み合わせ、導出された二次星速度アーマニチュード$K_2 = 432.4 \pm 4.8$ km s⁻¹を用いてケプラーの法則を解き、成分質量を決定した。
• Rocheトモグラフィーを用いて、NaIおよびCaII発光線における二次星の表面輝度分布を再構築し、照光された半球からの空間分解発光を明らかにした。
• 二次星の絶対$K$バンド等級（$M_K = 8.83 \pm 0.12$）およびスペクトル型（dM5.5 ± 0.5）を校正し、主系列上に位置していることを確認した。
• 重力赤方偏移（$\upsilon_{\text{grav}} = 47.6 \pm 3.1$ km s⁻¹）および系統的径速度を考慮し、X線およびUV測定と整合性があるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 降着円盤からの強いベーリングの影響を受けても、EX Hydraeの二次星からの狭いスペクトル線を検出できるか？
• RQ2 二次星の真の径速度アーマニチュード$K_2$は何か？ そして、長年の質量推定値の不一致をどのように解消するか？
• RQ3 二次星の照光された半球における発光線構造は、入射エネルギー流量分布とどのように比較できるか？
• RQ4 EX Hydraeにおける白色矮星および二次星の正確な質量は何か？ そして、短周期分類的変光星の理論的期待値とどのように比較できるか？
• RQ5 導出された白色矮星質量は、重力放射駆動質量移動および既知の白色矮星冷却モデルと整合しているか？

主な発見

• EX Hydraeの二次星は、質量$M_2 = 0.108 \pm 0.008$ M⊙であり、主系列上またはその近くに位置し、スペクトル型はdM5.5 ± 0.5である。
• 白色矮星質量は$M_1 = 0.790 \pm 0.026$ M⊙と決定され、従来の推定値（約0.46 M⊙）を著しく上回り、短周期分類的変光星の平均質量と整合している。
• 7500 Åでは発光量の5%、8200 Åでは7.5%、$K$バンドでは37%を二次星が寄与しており、照光された半球に強い照射効果があることが示された。
• Rocheトモグラフィーにより、NaI二重線およびCaII λ8498の発光が白色矮星を向いた半球に限定されていることが判明したが、その分布は入射エネルギー流量と一致せず、複雑な放射輸送または励起過程を示唆している。
• 二次星の半径（$R_2 = 0.1516 \pm 0.0034$ R⊙）は、その質量に対する予想と一致し、$M_K = 8.83 \pm 0.12$の等級とも整合しており、照射および変形の影響を受けても主系列星としての状態を保っていることが確認された。
• 導出された白色矮星質量は、重力放射が主要な運動量移動機構であると整合的であり、短周期系における質量移動理論モデルを支持する。