[論文レビュー] HST/STIS Spectroscopy of the Intermediate Polar EX Hydrae

Kunegunda E. Belle, Steve B. Howell+3 more|CERN Bulletin|Jan 29, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、中間的極星であるEX Hydraeの高分解能HST/STIS分光法を用い、狭い発光線の径速度測定により白色矮星質量を$0.91 \pm 0.05\,M_{\odot}$と特定した。白色矮星の光球と断片的な降着円盤の分光モデルから、60 pcの一貫した距離が得られ、白色矮星の温度は23,000 K、内側円盤半径は白色矮星半径の2.5倍であり、以前のUV発光モデルを確認するとともに、独立した距離の検証により距離の不一致を解消した。

ABSTRACT

We present the results of our analysis of six orbits of HST/STIS time-tagged spectroscopy of the intermediate polar, EX Hydrae. The high time and wavelength resolution of the HST/STIS spectra provided an excellent opportunity to study the UV properties of EX Hya. Measurements of the continuum and emission line fluxes corroborate earlier studies that show that the emission line fluxes are modulated more strongly than the continuum flux and originate from the accretion curtains, while the continuum flux originates from the white dwarf photosphere. The measured K amplitude of the narrow emission line radial velocity curve is used to calculate a white dwarf mass of 0.91+/-0.05 M_sun. Synthetic white dwarf photosphere and accretion disk spectral models are used to further refine the white dwarf and accretion disk properties. Using the spectral models, it is determined that EX Hya has a white dwarf of mass 0.9 M_sun, T=23000 K, an accretion disk truncated at 2.5 R_WD, and is at a distance of 60 pc.

研究の動機と目的

• 高分解能UV分光法を用いて、中間的極星EX Hydraeにおける白色矮星質量を特定すること。
• UV連続スペクトルおよび発光線の輝度をモデル化し、白色矮星光球と降着カーテンからの寄与を区別すること。
• スペクトルエネルギー分布のフィッティングと独立した距離指標を用いて、EX Hydraeまでの距離を精緻化すること。
• 白色矮星光球と断片的円盤のスペクトルモデルが、観測された輝度および径速度曲線と整合するかを検証すること。
• EX Hydraeにおける以前の距離推定値と分光モデル結果の不一致を解消すること。

提案手法

• 時間タグ付きHST/STIS観測を実施し、E140Mグレーティングを用いて6軌道にわたる1150–1735 Åの範囲で高分解能（R ≈ 45,800）スペクトルを取得した。
• 事前のXUV光曲線から得られた自転および公軌道のエフェメリスを用いてスペクトルを位相別にバインディングし、自転位相は67分の自転周期を基準として定義した。
• 白色矮星の公軌道運動の$K$振幅を特定するため、狭い発光線（N V, O V）の径速度曲線を測定した。
• 白色矮星光球と断片的降着円盤の合成スペクトルモデルをTLUSTYおよびSYNSPECを用いて生成し、観測された輝度に一致するようにパラメータを調整した。
• モデルのスケーリングにより、合算モデル（光球＋円盤）を観測輝度に合わせ、Bailey法や2MASSの$K$バンド等級といった独立した距離指標と比較して距離を導出した。
• モデルフィッティングはスペクトルフィットの視覚的検査に基づき、距離および白色矮星パラメータを繰り返し調整して最良の一致を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 N VおよびO V発光線の径速度振幅から、EX Hydraeにおける白色矮星の正確な質量は何か？
• RQ2 EX Hydraeにおいて、白色矮星光球と降着円盤がUV連続スペクトルおよび発光線に与える寄与は、どのように比較できるか？
• RQ3 スペクトルモデリングと独立した距離指標を組み合わせた場合、EX Hydraeまでの最も一貫性のある距離は何か？
• RQ4 特定の内側半径を持つ断片的降着円盤モデルは、代替モデルと比較して観測されたUVスペクトルをよりよく適合させるか？
• RQ5 FOS、IUE、HUTデータからの以前の推定値と比較して、導出された白色矮星パラメータ（質量、温度、円盤遮断半径）はどのように異なるか？

主な発見

• N VおよびO V発光線の径速度振幅から、白色矮星質量は$0.91 \pm 0.05\,M_{\odot}$と特定され、中間的極星系における高質量白色矮星と整合的である。
• $T_{\rm eff} = 23,000$ Kの白色矮星光球と、$2.5\,R_{\rm WD}$の断片的降着円盤を含むモデルが、観測されたUVスペクトルと最もよく一致した。
• スペクトルモデリングから得られた距離60 pcは、Bailey法による$54^{+12}_{-7}$ pcの距離と、最近のパララックス測定と一致しており、以前の不一致が解消された。
• $1.33\,M_{\odot}$の白色矮星モデルは、33 pcという推定距離が独立した距離推定と矛盾するため、除外された。
• 連続スペクトルの輝度変調は、自転最小時に1つの降着極が遮蔽されることに起因すると最もよく説明され、発光線は極付近の磁気的制御されたカーテンから発生する。
• スペクトルモデルは、発光線が白色矮星に近い位置で形成され、高いイオン化状態（N V, O V）と一致しており、白色矮星は太陽組成であり、顕著な減光はないと確認された。