[論文レビュー] YY Draconis and V709 Cassiopeiae: two intermediate polars with weak magnetic fields

A. J. Norton, A. P. Beardmore+2 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 19, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、弱い磁場を有する2つの中間的ポラール、YY DraconisおよびV709 CassiopeiaeのROSAT HRI観測を提示し、白色矮星表面の大きなフットプリントにわたるディスク駆動降着による二重ピークのX線パルスプロファイルを示している。著者らは、弱い磁場が磁場線に沿って低光学濃度の広がった降着カーテンを生じさせ、その結果二重ピークのプロファイルが生じると主張し、中間的ポラールを2つのグループに分類する：高速回転する弱い磁場で二重ピークプロファイルを示すもの、および遅速回転する強い磁場でX線ビートモードを示すもの。

ABSTRACT

We present data from long ROSAT HRI observations of the intermediate polars YY Dra and V709 Cas which show that V709 Cas, like YY Dra, exhibits a double-peaked X-ray pulse profile. Neither system shows evidence for X-ray beat period or orbital modulation, so both must be disc-fed accretors seen at low inclination angles. We argue that the short spin periods of the white dwarfs in these objects indicate that they have weak magnetic fields, so the radius at which material is captured by the field lines is relatively small. Consequently the footprints of the disc-fed accretion curtains on the white dwarf surface are large. The optical depths to X-ray emission within the accretion curtains are therefore lowest in the direction along the magnetic field lines, and highest in the direction parallel to the white dwarf surface, such that the emission from the two poles conspires to produce double-peaked X-ray pulse profiles. We emphasise that such a pulse profile is not a unique indicator of two-pole accretion however. Indeed, two-pole accretion onto smaller regions of the white dwarf surface may be considered the `normal' mode of behaviour in a disc-fed intermediate polar with a longer white dwarf spin period (and therefore a higher field strength), resulting in a single-peaked pulse profile. Collating data on other intermediate polars, we may classify them into two subsets. Fast rotators, with relatively weak fields, show double-peaked pulse profiles (AE Aqr, DQ Her, XY Ari, GK Per, V709 Cas, YY Dra, V405 Aur), whilst slower rotators, with larger fields and therefore larger magnetospheres, have been seen to exhibit an X-ray beat period modulation at some time (FO Aqr, TX Col, BG CMi, AO Psc, V1223 Sgr, RX J1712.6-2414).

研究の動機と目的

• 長時間のROSAT HRI観測を用いて、中間的ポラールであるYY DraconisおよびV709 CassiopeiaeのX線パルスプロファイルを調査すること。
• X線光度曲線に基づき、これらの系における磁場強度と降着幾何学的構造を特定すること。
• 降着カーテンの幾何学的構造と光学濃度の変化を考慮して、二重ピークX線パルスプロファイルの起源を説明すること。
• 自転周期、磁場強度、X線変動特性に基づき、中間的ポラールを2つの明確なグループに分類すること。
• 二重ピークプロファイルが2極降着に特有ではなく、弱い磁場、ディスク駆動降着、広がったフットプリントに起因することを明確にすること。

提案手法

• 長時間のROSAT High Resolution Imager (HRI) 観測を用いて、YY DraconisおよびV709 Cassiopeiaeの高時間分解能X線光度曲線を取得した。
• X線パルスプロファイルの分析を通じ、二重ピーク構造および軌道モードやX線ビート周期の欠如を特定した。
• 磁場が降着物質を磁場強度に依存する半径で捕獲するディスク駆動降着を仮定した降着幾何学的モデルを構築した。
• 磁場線に沿っても横方向にも光学濃度の変化を考慮し、磁場線に沿っては低濃度であるため、その方向にX線放射が強化されることを想定した。
• 自転周期、磁場強度、X線変動特性の間の相関関係を特定するため、より広い中間的ポラールのサンプルと結果を比較した。
• 理論的考察により、弱い磁場が大きな磁気圏半径をもたらし、結果として広がった降着フットプリントと延長されたカーテンを生じることを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 YY DraconisおよびV709 Cassiopeiaeで観測された二重ピークX線パルスプロファイルの原因は何か？
• RQ2 白色矮星の磁場強度が降着カーテンの幾何学的構造とX線放射に与える影響は何か？
• RQ3 なぜ一部の中間的ポラールはX線ビート周期を示すが、他のものは示さないのか？
• RQ4 ディスク駆動中間的ポラールにおいて、白色矮星の自転周期、磁場強度、降着幾何学的構造との関係は何か？
• RQ5 特定の光学濃度効果を伴う単一ピーク降着モデルで、二重ピークX線プロファイルを説明できるか？

主な発見

• YY DraconisおよびV709 Cassiopeiaeの両方とも、検出可能な軌道モードやX線ビート周期のない二重ピークX線パルスプロファイルを示している。
• X線ビートおよび軌道モードの欠如は、両システムが低い傾斜角から観測されたディスク駆動降着器であることを示している。
• 白色矮星の短い自転周期は、弱い磁場を示しており、その結果、大きな磁気圏半径と広がった降着カーテンが生じている。
• 二重ピークプロファイルは、X線放射が磁場線に沿って最も吸収されにくいため、極に強い放射が生じるのに対し、白色矮星表面に平行な放射はより強く遮蔽されることに起因する。
• 本研究では、2つの明確な中間的ポラールのグループを同定した：高速回転で弱い磁場と二重ピークプロファイルを示すもの（例：AE Aqr、DQ Her、XY Ari、GK Per、V405 Aur）、および遅速回転で強い磁場とX線ビートモードを示すもの（例：FO Aqr、TX Col、BG CMi、AO Psc、V1223 Sgr、RX J1712.6-2414）。
• 二重ピークプロファイルは2極降着に特有ではなく、弱い磁場、ディスク駆動降着、広がった光学的薄いカーテンに起因する。