[논문 리뷰] Cluster AgeS Experiment (CASE): Dwarf Novae and a Probable Microlensing Event in the Globular Cluster M22

P. Pietrukowicz, J. Kałużny외 5명|arXiv (Cornell University)|2005. 09. 27.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 CASE 설문의 V-대역 광도 측정을 통해 병렬은은하단 M22에서 새로운 저항성 신성(은하계2, CV2)과 가능성이 높은 중력 렌즈 효과 사건을 탐지하였다. CV2는 주기 0.08875일의 초하이퍼합동을 보였고, X-선 대응체도 존재했다. 중력 렌즈 사건은 15.9일의 에인슈타인 시간 스케일을 보였으며, 이는 은하수 부풀림의 원천을 렌즈로 삼는 은하수단의 별에 의해 발생한 것으로 보이며, 렌즈 질량은 90% 신뢰구간 0.04–0.24 M☉로 0.14 M☉로 추정되었다.

ABSTRACT

We report the identification of a new cataclysmic variable (denoted as CV2) and a probable microlensing event in the field of the globular cluster M22. Two outbursts were observed for CV2. During one of them superhumps with P_sh=0.08875 d were present in the light curve. CV2 has an X-ray counterpart detected by XMM-Newton. A very likely microlensing event at a radius of 2.3 arcmin from the cluster center was detected. It had an amplitude of Delta_V=0.75 mag and a characteristic time of 15.9 days. Based on model considerations we show that the most likely configuration has the source in the Galactic bulge with the lens in the cluster. Two outbursts were observed for the already known dwarf nova CV1.

연구 동기 및 목표

• 밀도가 높은 M22의 중심부에서의 폭발성 변수를 식별하고 특성화하기 위해 깊고 장기적인 광도 모니터링을 수행한다.
• 은하수 부풀림 근처에 위치한 은하수단 M22에서 초신성형 변수(CVs)와 중력 렌즈 효과 사건의 존재를 조사한다.
• 광도 light curve 모델링과 천체역학적 제약 조건을 사용하여 탐지된 중력 렌즈 효과 사건의 가장 가능성이 높은 렌즈-원천 구성 구조를 규명한다.
• 위치, 광도 및 X-선 데이터를 활용하여 새로 식별된 CV2의 은하수단 소속 여부를 평가한다.

제안 방법

• 2000–2001년 동안 2000张 이상의 이미지를 포함하는 장기적인 광도 모니터링을 라스 캠파ñas 관측소의 1.0m Swope 망원경을 사용하여 V-대역 및 B-대역 필터를 적용하여 수행하였다.
• 정밀한 광도 곡선 추출을 위해 차분 이미지 분석 패키지(DIAPL)를 사용하여 희미하고 일시적인 폭발을 탐지할 수 있었다.
• 중력 렌즈 효과 사건의 광도 곡선을 표준 단일 렌즈 중력 렌즈 모델에 맞추어 다섯 개의 자유 매개변수를 사용하여 에인슈타인 시간 스케일과 원천의 밝기를 결정하였다.
• XMM-Newton에서 확보한 X-선 데이터를 광학적 변수인 CV2와 교차 식별하여, CV2가 초신성형 변수임을 확인하였다.
• 표면 질량 밀도와 시선 방향 기하학을 사용하여 은하수 부풀림과 은하수단 내에서 원천과 렌즈의 위치 가능성 확률을 비교하기 위해 렌즈 효과 확률의 통계적 모델링을 적용하였다.
• 에인슈타인 시간 스케일 관계를 통해 렌즈 질량을 추정하였으며, 공식 M = 0.14 M☉ × (t_E / 15.9 d)²를 사용하였고, t_E의 불확실성은 전파되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M22에서 새로 탐지된 변수인 CV2의 성격은 무엇이며, 초하이퍼합동을 보이는 저항성 신성의 특성을 보이고 있는가?
• RQ2 M22 중심에서 2.3 arcmin 떨어진 곳에서 관측된 밝아짐 현상은 중력 렌즈 효과와 일치하는가? 그리고 가장 가능성이 높은 원천과 렌즈의 위치는 어디인가?
• RQ3 중력 렌즈 효과 사건에서 렌즈 물체의 질량은 얼마이며, 은하수단 별의 기대 질량과 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ4 CV2는 M22의 일원인가? 그리고 광도, 위치 및 X-선 데이터를 통해 그 은하수단 소속 여부를 확인할 수 있는가?
• RQ5 관측된 중력 렌즈 효과 사건의 매개변수는 은하수단에 의한 렌즈 효과에 대한 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• M22에서 새로운 초신성형 변수인 CV2가 식별되었으며, 주기 0.08875일(128분)의 초하이퍼합동을 보이며 고질량 비율 이중성계임을 시사한다.
• CV2는 XMM-Newton에 의해 확인된 X-선 대응체를 보이며, 초신성형 변수로의 분류를 뒷받침한다.
• M22 중심에서 2.33 arcmin 떨어진 곳에서 가능성이 높은 중력 렌즈 효과 사건이 탐지되었으며, 밝기 진폭은 0.75 mag, 에인슈타인 시간 스케일은 15.9일이었다.
• 모델링 결과 렌즈가 M22에 있고 원천이 은하수 부풀림에 있는 구성이 가장 유력한 것으로 나타났으며, 렌즈 질량은 0.14 M☉(90% 신뢰구간: 0.04–0.24 M☉)로 추정되었다.
• 렌즈가 은하수단에 있고 원천이 은하수 부풀림에 있는 경우의 확률은 둘 다 은하수단에 있는 경우보다 약 2000배 높으며, 둘 다 은하수 부풀림에 있는 경우보다 11배 높았다.
• M22의 도플러 속도(−149 km/s)는 은하수단 일원과 배경 항성 간의 차이를 구분할 수 있으며, 이는 CV2가 은하수단 일원임을 지지하지만, 아직 분광학적 확인은 이루어지지 않았다.