[논문 리뷰] Determination of Mass Loss and Mass Transfer Rates of Algol (Beta Persei) from the Analysis of Absorption Lines in the UV Spectra Obtained by the IUE Satellite

Kristen Wecht|arXiv (Cornell University)|2006. 11. 28.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 1978년에서 1989년 사이의 고해상도 IUE 자외선 스펙트럼을 분석하여 알골 이중성 시스템(Beta Persei)의 질량 손실 및 질량 이행률을 결정한다. 알루미늄, 마그네슘, 철, 규소의 이온화 상태에서의 도플러 속도, 선형형태 및 흡수 성분을 분석함으로써 안정적인 기체 흐름과 일시적인 활동을 규명하였으며, 질량 이행률은 약 10⁻¹⁴ M☉/yr로 추정되고, 탈출 속도 이하의 저속 유동으로 인해 시스템 전체 질량 손실은 미미하다는 결론을 도출한다.

ABSTRACT

The International Ultraviolet Explorer (IUE) archive of high-resolution ultraviolet spectra of the eclipsing semi-detached binary star, Algol (Beta Persei, HD 19356), taken from September 1978 to September 1989, is analyzed in order to characterize the movement of gas within and from this system. Light curves are constructed, using a total of 1647 continuum level measurements. These results support the semidetached status of this interacting binary star. Radial velocities, residual intensities, full width half maxima (FWHM), line asymmetries, and equivalent widths of UV absorption lines for aluminum, magnesium, iron, and silicon in a range of ionization states are determined and analyzed. For selected epochs, we were able to isolate gas stream and photospheric contributions by an examination of the differences between spectral line shapes. We observed variations in line shape and strength, with orbital phase and epoch, indicating the presence of stable gas streams and circumstellar gas, and periods of increased mass-transfer activity associated with transient gas streams. The 1989 data indicates moderate activity. This epoch was examined most closely since it provides the greatest phase coverage. Spectral line profiles in 1978 and 1984 have the strongest gas-flow absorption components, indicating that these are the epochs of the greatest activity. The dense phase coverage in September 1989 allows us to measure the mass loss rate from Algol B into Algol A which is of order ~10E-14 solar masses per year. Since the highest gas-flow velocities are in the 100 kilometer per second range, well below escape velocity, we conclude that systemic mass loss due to gas flow is small for the Algol system.

연구 동기 및 목표

• 자외선 스펙트럼 데이터를 활용하여 알골 이중성 시스템 내 기체 역학을 특성화하기 위해.
• 자외선 흡수선 프로파일을 통해 질량 손실 및 질량 이행률을 결정하기 위해.
• 시간과 궤도 위상에 따라 기체 흐름 활동의 변화를 규명하기 위해.
• 스펙트럼 선에서 광구성분과 기체 흐름 성분의 기여를 구분하기 위해.
• 기체 흐름이 질량 이행 및 시스템 질량 손실에 미치는 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 1978–1989년 기간 동안의 IUE 고해상도 자외선 스펙트럼에서 1,647건의 연속체 수준 측정치를 분석하였다.
• 알루미늄, 마그네슘, 철, 규소의 여러 이온화 상태에서 도플러 속도, 반폭(전고도의 절반에서의 폭, FWHM), 등가폭 및 선 비대칭성을 측정하였다.
• 에포크와 궤도 위상 간의 스펙트럼 선형형태의 차이를 비교하여 기체 흐름 및 광구 기여를 분리하였다.
• 궤도 위상별 선형형태 분석을 통해 일시적 및 안정적인 기체 흐름 성분을 탐지하였다.
• 유체역학적 평형을 가정하여 흡수 기체의 속도 및 열량 밀도를 기반으로 질량 손실률을 추정하였다.
• 선 강도 및 선형형태의 변화를 비교하여 질량 이행 활동이 증가한 시기를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자외선 흡수선 프로파일을 기반으로 알골 B에서 알골 A로의 질량 이행률은 얼마인가요?
• RQ2 알루미늄, 마그네슘, 철, 규소의 도플러 속도 및 선형형태는 궤도 위상과 시간에 따라 어떻게 변화합니까?
• RQ3 알골 시스템에서 안정적인 기체 흐름과 일시적인 기체 흐름 성분에 대한 증거는 무엇이 있습니까?
• RQ4 관측된 속도를 고려할 때, 기체 흐름으로 인한 시스템 질량 손실는 어느 정도 발생합니까?
• RQ5 스펙트럼 흡수 특성에 기반해 어느 에포크에서 질량 이행 활동이 가장 높았나요?

주요 결과

• 1989년 9월의 밀도 있는 관측 데이터를 바탕으로 알골 B에서 알골 A로의 질량 이행률은 약 10⁻¹⁴ 태양질량/년으로 추정된다.
• 1989년 데이터는 중간 수준의 질량 이행 활동을 보이며, 가장 두드러진 기체 흐름 흡수 성분은 1978년과 1984년에 관측되어 이 시기들이 최고의 활동 시기임을 시사한다.
• 기체 흐름 속도는 약 100 km/s 수준이며, 탈출 속도 이하이므로 기체 흐름으로 인한 시스템 질량 손실는 무시할 만하다.
• 궤도 위상과 에포크에 따른 선형형태 변화는 안정적인 기체 흐름과 원환성 기체 존재를 확인하며, 고활동 기간 동안 일시적인 성분이 존재함을 보여준다.
• 스펙트럼 선의 비대칭성과 잔여 강도는 알골이 계속 질량 이행이 이루어지는 반결합 이중성 구조임을 뒷받침한다.
• 분석 결과, 주로 비구속된 기체 분출이 아닌, 구조화된 유한한 기체 흐름이 주요 질량 이행 메커니즘이라는 것이 확인되었다.