[論文レビュー] The accreting white dwarfs in BW Scl, BC UMa and SW UMa

Boris Gaensicke, Paula Szkody+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2005

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、3つの短周期矮新星（BW Scl、BC UMa、SW UMa）のハッブル宇宙望遠鏡STISによる遠紫外分光観測を行い、白色矮星が系内で支配的なFUV源であることを明らかにした。白色矮星の有効温度は、それぞれBW Sclで14,800±900 K、BC UMaで15,200±1,000 K、SW UMaで13,900±900 Kであり、炭素、酸素、ケイ素の太陽系外の元素含有量と、アルミニウムの過剰が示唆され、CV白色矮星における物質供給・拡散平衡の証拠となった。

ABSTRACT

We have observed the short-period dwarf novae BW Scl, BC UMa and SW UMa using the Hubble Space Telescope/Space Telescope Imaging Spectrograph. In all three systems, the white dwarf is the dominant source of far-ultraviolet flux, even though in BC UMa and SW UMa an additional continuum component contributes ~10% and ~20% of the 1400A flux, respectively. Fitting the data with detailed white dwarf model spectra, we determine the effective temperatures to be 14800+-900K (BW Scl), 15200+-1000K (BC UMa), and 13900+-900K (SW UMa). The additional continuum component in BC UMa and SW UMa is equally well described by either a blackbody or a power law, which could be associated with emission from the hot spot or from an optically thin accretion disk (or an optically thin layer on top of a colder optically thick disk), respectively. Modelling the narrow metal lines detected in the STIS spectra results in sub-solar abundances of carbon, oxygen and silicon for all three systems, and also suggests substantial supra-solar abundances of aluminium. The narrow absorption line profiles imply low white dwarf rotation rates, v sin(i)<=300km/s for the three white dwarfs. SW UMa is the only system that shows significant short-term variability in the far-ultraviolet range, which is primarily associated with the observed emission lines.

研究の動機と目的

• 高分解能遠紫外分光法を用いて、短周期矮新星における白色矮星の有効温度、回転速度、化学成分含有量を測定すること。
• 矮新星における白色矮星の光球層に見られる太陽系外の成分含有量の原因を、伴星からの物質供給と固有の拡散プロセスの両者と区別して調査すること。
• BC UMaおよびSW UMaにおける追加の連続スペクトル成分の寄与を評価し、高温スポットや光学的薄い降着円盤成分からの発光である可能性を検討すること。
• 物質供給加熱および角運動量損失が、CV系における白色矮星の性質に与える影響を評価すること。
• 高精度なFUV分光法を用いた良好に特徴付けられた白色矮星のサンプルを拡大することで、CV進化の実験的基盤を強化すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡搭載の宇宙望遠鏡イメージング分光計（STIS）を用いて、BW Scl、BC UMa、SW UMaの高SN比（S/N ≥ 10）の遠紫外スペクトルを取得した。
• 観測スペクトルを詳細な白色矮星モデル大気でフィットさせ、有効温度を導出。局所熱力学的平衡（LTE）を仮定し、太陽類似成分含有量をベースラインとして用いた。
• BC UMaおよびSW UMaにおける追加の連続スペクトル成分を、黒体関数およびパワーロー関数を用いてモデル化し、その起源を評価した。
• 炭素（C）、酸素（O）、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）の狭い金属吸収線を分析し、太陽成分に対する光球層中の成分含有量を、線の重なりや機器効果を補正して導出した。
• ドップラー幅拡大線プロファイルを用いて、白色矮星の回転速度の上限（v sin i ≤ 300 km s⁻¹）を推定した。
• 白色矮星表面における横方向の成分含有量勾配の可能性を評価したが、個々の元素のSN比が限られていたため、限界がある。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BW Scl、BC UMa、SW UMaにおける白色矮星の有効温度は何か？また、CV進化の理論的予測と比較してどうか？
• RQ2 BC UMaおよびSW UMaに見られる追加の連続スペクトルフラックスの原因は何か？高温スポットや光学的薄い降着円盤成分からの発光と整合的か？
• RQ3 これらの系における白色矮星がC、O、Siの太陽系外の含有量を示す理由は何か？その大気組成を支配するプロセスは何か？
• RQ4 BW Scl、BC UMa、SW UMaにおける観測されたアルミニウムの過剰は、新星爆発中の核合成反応または伴星の進化によるものとみるべきか？
• RQ5 CV系における回転速度および角運動量損失が、観測された白色矮星の性質や長期的進化に与える影響はどの程度か？

主な発見

• BW Sclの有効温度は14,800±900 K、BC UMaは15,200±1,000 K、SW UMaは13,900±900 Kであり、3つの白色矮星とも系内で支配的なFUV源である。
• BC UMaでは追加の連続スペクトル成分が1400 Åでのフラックスの約10％を占め、SW UMaでは約20％を占める。これは黒体またはパワーロー関数で最もよく記述され、高温スポットや光学的薄い円盤領域からの発光である可能性がある。
• 3系統すべてで太陽系外の成分含有量が認められ、炭素、酸素、ケイ素は太陽と比較して欠乏している。また、BW Scl、BC UMa、SW UMaでアルミニウムの過剰が示唆された。
• 白色矮星の回転速度は低く、v sin i ≤ 300 km s⁻¹であり、角運動量の効率的結合が不十分で、新星爆発時に降着した角運動量の大部分が失われていると考えられる。
• SW UMaでは、主に発光線に起因する短時間スケールのFUV変動が顕著に観測され、降着過程の動的変化が準静的状態でも顕在していることが示された。
• 本研究により、短周期矮新星における信頼できる有効温度測定の数が4倍に増加し、高SN比FUV分光法を用いたCV白色矮星における成分含有量および回転速度測定の可能性が実証された。