[논문 리뷰] The spectroscopic evolution of the symbiotic star AG Draconis. I.The O VI Raman, Balmer, and helium emission line variations during the outburst of 2006-2008

S. N. Shore, G. M. Wahlgren외 7명|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 10.

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한 줄 요약

이 연구는 2006–2008년 기간 동안 발생한 활성화 과정 동안 AG Draconis의 스펙트로스코픽 진화를 광학 및 자외선 스펙트럼을 사용하여 분석한다. 그 결과, 백색왜성의 가짜 대기층이 냉각되고 팽창함에 따라 O VI 라만 특징이 피크 활성화 시점에 사라졌으며, 이로 인해 둘레의 O+5 이온화 영역이 파괴되었다. 반면 He I 및 He II 선들은 라만 선과 위상이 일치하며, 활성화 주기 내내 상대 강도에 대해 이중값을 가지는 이전에 보고되지 않은 행동을 보였다.

ABSTRACT

AG Dra is one of a small group of low metallicity S-type symbiotic binaries with K-type giants that undergoes occasional short-term outbursts of unknown origin. Our aim is to study the behavior of the white dwarf during an outburst using the optical Raman lines and other emission features in the red giant wind. The goal is to determine changes in the envelope and the wind of the gainer in this system during a major outburst event and to study the coupling between the UV and optical during a major outburst. Using medium and high resolution groundbased optical spectra and comparisons with archival $FUSE$ and $HST/STIS$ spectra, we study the evolution of the Raman O VI features and the Balmer, He I, and He II lines during the outburst from 2006 Sept. through 2007 May and include more recent observations (2009) to study the subsequent evolution of the source. The O VI Raman features disappeared completely at the peak of the major outburst and the subsequent variation differs substantially from that reported during the previous decade. The He I and He II lines, and the Balmer lines, vary in phase with the Raman features but there is a double-valuedness to the He I 6678, 7065 relative to the O VI Raman 6825Å variations in the period between 2006-2008 that has not been previously reported. The variations in the Raman feature ratio through the outburst interval are consistent with the disappearance of the O VI FUV resonance wind lines from the white dwarf and of the surrounding O$^{+5}$ ionized region within the red giant wind provoked by the expansion and cooling of the white dwarf photosphere.

연구 동기 및 목표

• 동기성 항성 AG Draconis에서 주요 활성화 동안 백색왜성과 그 주변 이온화 바람의 물리적 변화를 이해하기 위해.
• 활성화 및 회복 단계 동안 자외선 및 광학 방출 특징 간의 결합, 특히 O VI 라만 선의 관계를 조사하기 위해.
• 발생한 Balmer, He I, He II 선의 변화가 시스템의 이온화 구조 및 바람 역학의 변화와 관련이 있는지 확인하기 위해.
• 적색 거대행성 바람과 잠재적 추가 흡수체가 라만 선 프로파일과 그 진화를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2006년 9월부터 2007년 5월까지 중해상해상도 및 고해상도 지상 기반 광학 스펙트럼을 확보하고 분석하였으며, 활성화 후 진화를 추적하기 위해 2009년 데이터도 보강하였다.
• 기존의 FUSE 및 HST/STIS 자외선 스펙트럼과의 비교를 통해 광학 및 근자외선 영역의 행동을 연관지어 분석하였다.
• FUSE 및 HST/STIS 데이터를 사용하여 O VI 공명선의 변동성과 광학 영역의 라만 산란 특징 간의 관계를 조사하였다.
• Nahar & Prasad(2003)의 재결합 계수와 전자 밀도 추정치(~10^8 cm^-3)를 사용하여 O+5 영역의 재결합 시간 상수를 모델링하였으며, 관측된 활성화 지속 시간과 일치하였다.
• FUV 영역(예: C II, S I)에서의 잠재적 비행성성 흡수 특징과 그 라만 선 효율성 및 프로파일 왜곡에 미치는 영향을 평가하였다.
• 활성화 기간 동안 바람의 광학적 두께와 이온화 상태를 [O III] 선의 소실과 He II 6682Å 대비 He I 6678Å의 행동을 통해 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2006–2008년 AG Draconis의 활성화 피크 시점에서 O VI 라만 특징이 완전히 사라지는 원인은 무엇인가?
• RQ2 He I 및 He II 방출선의 변화가 O VI 라만 선 행동과 어떻게 관련되어 있으며, 이중값 관계는 이온화 또는 바람 구조에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 백색왜성의 대기층과 바람 역학의 변화(예: 팽창 및 냉각)가 관측된 스펙트럼 진화를 얼마나 잘 설명하는가?
• RQ4 적색 거대행성 바람 내 중성 및 이온화된 추가 흡수체가 라만 선 프로파일과 비율을 어떻게 수정하는가?
• RQ5 O+5 영역의 재결합 시간 상수(~10^8 cm^-3)가 관측된 활성화 지속 시간과 비교하여 어떻게 되며, 이는 이온화 상태와 고이온화 특징의 지속성에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• 2006–2008년 활성화 피크 시점에서 6825 Å 및 7080 Å에 위치한 O VI 라만 특징이 완전히 사라졌으며, 이는 백색왜성 주변 O+5 이온화 영역의 완전한 억제를 나타낸다.
• FUSE 및 HST/STIS 데이터로 확인된 자외선 영역의 O VI 공명선 소실은 활성화 기간 동안 백색왜성의 가짜 대기층 팽창 및 냉각과 일치한다.
• He I 및 He II 방출선은 O VI 라만 특징과 위상이 일치하며, 특히 He I 6678 Å 및 7065 Å의 상대 강도에서 이중값 관계를 보였는데, 이는 이전에 보고된 바가 없는 행동이다.
• 2008년 6월 데이터는 He II 6682 Å 선이 He I 6678 Å 선 대비 상대적으로 강화된 것으로 나타나, 회복 단계 동안 이온화 상태 변화 가능성을 시사하지만, 이와 동반된 자외선 스펙트럼은 확보되지 않았다.
• 전자 밀도 ~10^8 cm^-3 조건에서 O+5 영역의 재결합 시간 상수는 약 4개월로 추정되며, 이는 관측된 활성화 지속 시간과 일치하여 이온화 영역이 활성화 지속 시간 스케일에서 재결합한다는 가정을 지지한다.
• [O III] 선의 부재는 이온화되어야 할 영역에서 관측된 바, 전자 밀도 및 재결합 조건이 관측된 스펙트럼 변화와 일치함을 시사하며, 충격加열 기반 모델에 도전한다.