[論文レビュー] Rapid Variability as a Diagnostic of Accretion and Nuclear Burning in Symbiotic Stars and Supersoft X-ray Sources

J. L. Sokoloski|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2002

Atmospheric Ozone and Climate参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、急速な光度変動を用いて、連星星（SS）およびスーパーソフトX線連星（SSXB）における降着円盤と核燃焼を調査し、ちらつきと振動が内側円盤および境界層のプロセスを示していることを明らかにした。主な発見には、磁気的連星星（Z And）の初回検出、CH CygおよびZ Andにおける降着円盤とジェット生成の関連性の証拠、および大多数のSSで支配的エネルギー源としての準安定核燃焼の支持が含まれる。

ABSTRACT

Accretion disks and nuclear shell burning are present in some symbiotic stars (SS) and probably all supersoft X-ray binaries (SSXBs). Both the disk and burning shell may be involved in the production of dramatic outbursts and, in some cases, collimated jets. A strong magnetic field may also affect the accretion flow and activity in some systems. Rapid-variability studies can probe the interesting region close to the accreting white dwarf (WD) in both SS and SSXBs. I describe fast photometric observations of several individual systems in detail, and review the results of a photometric variability survey of 35 SS. These timing studies reveal the first clearly magnetic SS (Z And), and suggest that an accretion disk is involved in jet production in CH Cyg as well as in the outbursts of both CH Cyg and Z And. They also support the notion that the fundamental power source in most SS is nuclear burning on the surface of a WD, and raise questions about the structure of disks in the SSXBs. Finally, spectroscopic observations of RS Oph reveal minute-time-scale line-strength variations, probably due to a hot boundary layer. Taken together, the rapid timing observations explore the connections between jet-producing WDs and X-ray binaries, as well as SS, SSXBs, and CVs.

研究の動機と目的

• 連星星（SS）およびスーパーソフトX線連星（SSXB）における活動の駆動要因としての降着円盤と核シェル燃焼の役割を調査すること。
• 降着白色矮星（WD）の周辺で物理的プロセスを診断できるか、星雲放出や再放射光による遮蔽があっても、急速な光度変動がその診断に有効かどうかを検証すること。
• SSにおける磁場の同定と、それらが円盤構造、ジェット形成、降着ダイナミクスに果たす役割を評価すること。
• SSおよびSSXBにおける円盤不安定性、噴出、ジェット生成の関連を明確にすること。
• 時間変動データを用いて、降着駆動型と核燃焼駆動型の変動を区別すること、特に高温成分の明るさが高いか低いかにかかわらず行う。

提案手法

• 数分から数時間の timescale におけるランダムなちらつきとコherentな振動を検出するため、個々のSSおよびSSXBを高速光度測定で監視する。
• 動的（t_dyn ~ 4 s × (r/10^9 cm)^{3/2} (M_WD/0.6 M_sun)^{-1/2}）および粘性（t_visc ~ 8 hr × (α/0.1)^{-4/5} (Ṁ/10^{-8} M_sun yr^{-1})^{-3/10} (r/10^9 cm)^{5/4}）時間スケールを用いて、変動のスケールを分析し、円盤構造と降着率を推定する。
• 周期的変動を用いて、白色矮星における磁場を推定し、B ~ 10^5–10^6 G の磁場では数十分のスピン平衡周期が得られる。
• 観測されたちらつきの振幅とスケールを、円盤のちらつきおよび境界層放射の理論モデルと比較する。
• スペクトル的特徴（例：He II線の変動）と変動パターンを相関させ、放射領域と中心天体との空間的関係を推定する。
• 35個のSSを対象とした光度変動サーベイを実施し、ちらつきおよび磁場検出率の統計的傾向を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星雲による遮蔽があっても、急速な光度変動が連星星における降着円盤構造および磁場を診断できるか？
• RQ2 CH CygおよびZ Andにおけるジェット生成と降着円盤の役割は何か？
• RQ3 準安定核シェル燃焼が、高L_hotの系における円盤ちらつきの検出可能性にどのように影響するか？
• RQ4 連星星における磁気的白色矮星の割合はどの程度か？これにより、白色矮星の磁気的性質および連星進化理論にどのような制約がかかるか？
• RQ5 磁気的SSおよびSSXBにおけるX線と可視光の変動が、同じあるいは異なる物理的メカニズムを反映しているか、その程度はいかほどか？

主な発見

• Z Andは、約100分周期の急速でコherentな光度振動に基づき、最初に明確に磁気的連星星と特定された。
• CH CygおよびZ Andにおけるちらつきは、内側円盤の変動と整合的であり、CH Cygにおけるジェット噴出時の円盤の破壊は、円盤不安定性とジェット生成の直接的な関連を示唆している。
• 高温成分の明るさが低い系（L_hot ~ 1–10 L_sun）では強いちらつきを示すが、高L_hot系（L_hot ~ 100–1000 L_sun）ではちらつきが観測されないため、核燃焼が検出可能な円盤ちらつきを抑制していると示唆される。
• RS OphにおけるHe II線の変動は、連続スペクトルの変動よりも約10–20分早く発生しており、He II放射領域が白色矮星に近い可能性がある。これは、高温境界層の存在による可能性がある。
• サーベイにおける磁気的白色矮星の検出率は3%以上であるが、これは振幅が小さいため下限値であり、真の磁気的白色矮星割合を特定するには、より感度の高い観測が必要である。
• 磁気的SSおよびSSXBにおけるX線の振動振幅は、降着駆動型と核燃焼駆動型のスピン変調の区別に役立ち、これらの系におけるシェル燃焼の起源を解明する手がかりを提供する可能性がある。