[論文レビュー] IP Pegasi: Investigation of the accretion disk structure. Searching evidences for spiral shocks in the quiescent accretion disk

V. Neustroev, N. V. Borisov+5 more|ArXiv.org|Jul 19, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 34被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、ロシアの特殊宇宙物理学観測所の6m望遠鏡およびスペインのカラハホの3.5m望遠鏡から得られた光学スペクトルのドップラー回析と位相モデリングを用いて、準安定状態にある変光星系IP Pegasiの静止的降着円盤を調査した。本研究では、円盤内に渦巻き型衝撃波が存在することを強く示唆する証拠が得られた。これは、非対称で時間的に変化する発光線の端末と、約0.15軌道周期の周期的変調が観測されたことによるものであり、非同期的で塊状の構造が渦巻き型衝撃波によって駆動されていることを示している。

ABSTRACT

We present the results of spectral investigations of the cataclysmic variable IP Peg in quiescence. Optical spectra obtained on the 6-m telescope at the Special Astrophysical Observatory (Russia), and on the 3.5-m telescope at the German-Spanish Astronomical Center (Calar Alto, Spain), have been analysed by means of Doppler tomography and Phase Modelling Technique. From this analysis we conclude that the quiescent accretion disk of IP Peg has a complex structure. There are also explicit indications of spiral shocks. The Doppler maps and the variations of the peak separation of the emission lines confirm this interpretation. We have detected that all the emission lines show a rather considerable asymmetry of their wings varying with time. The wing asymmetry shows quasi-periodic modulations with a period much shorter than the orbital one. This indicates the presence of an emission source in the binary rotating asynchronously with the binary system. We also have found that the brightness of the bright spot changes considerably during one orbital period. The spot becomes brightest at an inferior conjunction, whereas it is almost invisible when it is located on the distant half of the accretion disk. Probably, this phenomenon is due to an anisotropic radiation of the bright spot and an eclipse of the bright spot by the outer edge of the accretion disk.

研究の動機と目的

• 準安定状態にある変光星系IP Pegasiの降着円盤の構造を調査すること。
• 低温度のため理論的にその形成が抑制される可能性があるにもかかわらず、準安定状態における円盤内に渦巻き型衝撃波が存在するかを特定すること。
• 時間的に変化する発光線プロファイルを分析し、非ケプラーモードで非同期的な構造（例えば塊や衝撃波）の兆候を特定すること。
• 明るいスポットの明るさの変動とその軌道位相依存性を検討し、円盤の幾何学的構造と遮蔽効果を推定すること。
• 観測された円盤構造が、最新の3次元流体力学的シミュレーションによる降着円盤の予測と整合しているかを検証すること。

提案手法

• ロシアの特殊宇宙物理学観測所の6m望遠鏡およびスペインのカラハホの3.5m望遠鏡を用いて、IP Pegasiの準安定状態における高分解能光学スペクトルを取得した。
• ドップラー回析を適用して、速度空間における発光線源の分布を再構成し、明るいスポットや衝撃波フロントのような発光強度の高い領域を特定した。
• 位相モデリング技術を用いて、軌道位相に応じた発光線プロファイルの時間的変化を分析した。
• 非円形で均一でない回転構造の兆候を検出するため、発光線端末の非対称性とピーク間隔の変動を定量的分析した。
• 3次元流体力学的シミュレーションによる渦巻き型衝撃波を伴う降着円盤の予測と、観測されたドップラー図および線幅変調を比較した。
• スペクトル線幅モデリングを用いて、特に円盤外縁部および明るいスポット付近の発光物質の軌道運動と径方向速度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低温度のため形成が抑制される可能性があるにもかかわらず、IP Pegasiの準安定降着円盤に渦巻き型衝撃波が存続しているか？
• RQ2 観測された発光線端末の非対称性における準周期的変調の原因は何か？これは非同期的で塊状の構造と整合的か？
• RQ3 明るいスポットの明るさが軌道周期中に著しく変動するのはなぜか？円盤による遮蔽や放射の非対称性が果たす役割は何か？
• RQ4 観測されたドップラー図は、3次元流体力学的シミュレーションによる理論的予測とどのように一致するか？
• RQ5 時間的に変化する線幅プロファイルは、衝撃波によって誘発された塊のような安定的で長期間にわたる構造によって説明可能か？その軌道周期は何か？

主な発見

• IP Pegasiの準安定降着円盤は、ドップラー図と発光線プロファイルの変動によって示されるように、複雑で非均一な構造を示しており、渦巻き型衝撃波の明確な証拠がある。
• 発光線端末の非対称性は、約0.15軌道周期（~0.61時間）の周期的変調を示し、これは円盤内に非同期的で塊状の構造が存在することを示唆している。
• 明るいスポットの明るさは軌道周期中に著しく変動し、反対側に位置する際に検出不能になることがある。これは、外縁部の円盤による日食的遮蔽と放射の非対称性によるものと推定される。
• 明るいスポット領域の物質は、標準的な円盤力学と整合するほぼケプラーモードの速度で運動している。
• 観測されたドップラー図と線幅プロファイルの挙動は、より複雑な円盤構造を予測する最新の3次元流体力学的シミュレーションと整合しており、従来の2次元モデルよりも洗練された予測を支持している。
• 約0.15軌道周期の周期を示す検出された塊状構造は、おそらく渦巻き型衝撃波によって維持されており、準安定状態の円盤内にその存在が間接的だが強く支持される。