[論文レビュー] Observation of ER UMa Stars

Taichi Kato, Daisaku Nogami+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2013

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、極めて短いスーパサイクル長（19–48日）と高い質量移行率を特徴とする、SU UMa型の矮新星の珍しい亜群としてER UMa星を特定し、標準的な熱的・潮汐力によるディスク不安定性モデルに疑問を呈している。著者らは、これらの系が、大型の振幅を示す初期スーパฮンプを示す独自のスーパーハンプの進化を示すことを示し、古典的SU UMa星と恒常的スーパーハンパーの間の移行的リンクを示唆している。これは、周期ギャップ以下の矮新星における質量移行メカニズムに影響を及ぼす。

ABSTRACT

ER UMa stars are a recently recognized small subgroup of SU UMa-type dwarf novae, which are characterized by the extremely high outburst frequency and short (19--48 d) supercycles. From the current thermal-tidal disk instability scheme, they are considered to be high mass-transfer SU UMa-type dwarf novae, and comprise a link to "permanent superhumpers" below the period gap. They do not only provide an opportunity to test the applicability of thermal-tidal instability model but also pose problems on the origin of high mass-transfer in short orbital-period cataclysmic variables. A historical review of this subgroup and recent topics of ER UMa stars, the unique pattern of superhump evolution and the "helium ER UMa analog" (CR Boo), are also discussed.

研究の動機と目的

• ER UMa星を、異常な短いスーパサイクル長を特徴とするSU UMa型の矮新星の明確な亜群として特徴づけること。
• 周期ギャップ以下の系における高い質量移行率の起源を調査し、標準的な重力波駆動型角運動量損失モデルに挑戦すること。
• 古典的SU UMa型の矮新星と恒常的スーパーハンパーの間の移行的リンクとしてのER UMa星の進化的意義を探ること。
• 特に大きな振幅の初期段階スーパーハンプとその急速な減衰を含む、異常なスーパーハンプ行動を検討すること。
• ヘリウムを豊富に含む類縁体、例えばCR Booのようなものがあるかどうかを検討し、ヘリウムを豊富に含む矮新星の文脈でその存在と性質を評価すること。

提案手法

• アマチュアおよびプロの観測者から得られた長期的な光曲線の分析を通し、視覚的およびCCD時間系列データを用いて周期的変動およびスーパーハンプ信号を検出すること。
• VSNET協会以前の共同作業を用いて、複数の系（ER UMa、V1159 Ori、RZ LMi、DI UMa）におけるスーパーハンプ周期とスーパサイクル長の収集および相互確認を行うこと。
• 熱的・潮汐力によるディスク不安定性フレームワーク（Osaki 1989）を用いたディスク不安定性のモデリングを行い、観測されたスーパサイクル長を再現するために質量移行率を調整すること。
• 特に初期スーパーアウトバーストにおける振幅および周期の挙動を段階的解析し、特徴的なスーパーハンプ状態を同定すること。
• 観測されたスーパサイクル長およびスーパーハンプ周期を理論的予測と比較し、標準的SU UMa行動からの逸脱を評価すること。
• 46.3日間のスーパサイクルに合わせてCR Booの光曲線を折りたたみ、ER UMa星との類似性を特定し、ヘリウムを豊富に含む類縁体の存在を示唆すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ER UMa星の極めて短いスーパサイクル長（19–48日）は、標準的な熱的・潮汐力によるディスク不安定性モデルで説明可能か？
• RQ2 標準モデルで重力波放射が支配的であるにもかかわらず、周期ギャップ以下の系でこのような高い質量移行率を実現する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 なぜER UMa星は最小軌道周期付近に集中しているのか？ これはその進化的起源に何を示唆するのか？
• RQ4 ER UMa星の初期段階スーパーハンプは、WZ Sge星のような他の系のそれとどのように異なっているのか？ これによりディスクの力学に何が明らかになるか？
• RQ5 ヘリウムを豊富に含む矮新星、例えばCR Booのようなものも、同様のスーパサイクルおよびスーパーハンプ行動を示すのか？ これは、より広範な類縁体集団の存在を示唆するか？

主な発見

• ER UMa星は、19日（RZ LMi）という短いスーパサイクル長を示し、標準的な130日最小値（YZ Cnc）を著しく下回る。これは、標準的な質量移行モデルに疑問を呈する。
• ER UMa星におけるスーパーハンプ周期は、スーパーアウトバースト全体を通してほぼ一定であり、典型的なSU UMa星で見られる周期の変化とは対照的である。
• 大型の振幅を示すスーパーハンプが、スーパーアウトバーストの初期段階に現れ、数日以内に急速に減衰し、その後、逆位相の標準的スーパーハンプが出現する。
• Osaki（1995a）のモデリングにより、質量移行率を約10倍に増加させることで、観測されたスーパサイクル長を再現可能であることが示され、ER UMa星が高質量移行系である可能性が示唆された。
• 46.3日間のスーパサイクルとER UMa星に類似した出力の交互性を示すCR Booの発見は、ヘリウムを豊富に含む類縁体集団の存在を示唆し、これを「ヘリウムER UMa星」と呼ぶ。
• ER UMa星の観測された数密度（約40個のSU UMa型矮新星のうち4個）は、通常のSU UMa星と比較して10倍短い進化時標を示し、その起源および真の質量移行率分布に関する疑問を提起した。