[논문 리뷰] YY Draconis and V709 Cassiopeiae: two intermediate polars with weak magnetic fields

A. J. Norton, A. P. Beardmore외 2명|Open Research Online (The Open University)|1998. 11. 19.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 2인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 약한 자기장이 있는 중간 극성인 YY Draconis와 V709 Cassiopeiae의 ROSAT HRI 관측 결과를 제시하며, 백색왜성 표면의 큰 발자국에 의해 공급되는 디스크 기반의 적응으로 인해 이중 피크 X선 펄스 프로파일이 나타남을 보여준다. 저자들은 약한 자기장이 자기장선 沿해 낮은 광학 두께를 가진 확장된 적응 커튼을 형성하여 이중 피크 프로파일을 유도한다고 주장하며, 중간 극성을 두 그룹으로 분류한다: 빠른 자전을 하는 약한 자기장과 이중 피크 프로파일을 가지는 경우, 그리고 느린 자전을 하는 강한 자기장과 X선 비트 변동을 보이는 경우.

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).

연구 동기 및 목표

• 장기적인 ROSAT HRI 관측을 통해 중간 극성인 YY Draconis와 V709 Cassiopeiae의 X선 펄스 프로파일을 조사하기 위해 사용함.
• X선 빛의 변화 곡선을 기반으로 이 시스템들에서 자기장 강도와 적응 기하학을 규명하기 위해 사용함.
• 적응 커튼 기하학과 광학 두께 변화를 고려하여 이중 피크 X선 펄스 프로파일의 기원을 설명하기 위해 사용함.
• 자전 주기, 자기장 강도, X선 변동 특성에 따라 중간 극성을 두 개의 구별 가능한 그룹으로 분류하기 위해 사용함.
• 이중 피크 프로파일이 두 개의 극에 의한 적응에만 국한되지 않으며, 약한 자기장, 디스크 기반의 적응과 함께 확장된 발자국으로 인해 발생함을 명확히 하기 위해 사용함.

제안 방법

• 장기적인 ROSAT 고해상도 이미저(HRI) 관측을 통해 YY Draconis와 V709 Cassiopeiae의 고시간 해상도 X선 빛의 변화 곡선를 확보함.
• 이중 피크 구조와 궤도 모듈레이션 또는 X선 비트 주기의 부재를 확인하기 위해 X선 펄스 프로파일을 분석함.
• 자기장이 물질을 자기장 강도에 따라 의존하는 반경에서 포착하는 디스크 기반의 적응을 가정하여 적응 기하학을 모델링함.
• 자기장선을 따라 및 가로질러 광학 두께의 변화를 고려하였으며, 자기장선을 따라 낮은 투과도가 나타나는 방향으로 X선 방출이 증가함.
• 자전 주기, 자기장 강도, X선 변동 특성 간의 상관관계를 규명하기 위해 더 넓은 중간 극성 샘플과 결과를 비교함.
• 이론적 추론을 통해 약한 자기장이 더 큰 자기권 반경을 유도하여 더 큰 적응 발자국과 확장된 커튼을 초래함을 설명함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 YY Draconis와 V709 Cassiopeiae에서 관측된 이중 피크 X선 펄스 프로파일의 원인은 무엇인가요?
• RQ2 백색왜성 자기장 강도가 적응 커튼의 기하학과 X선 방출에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 어떤 중간 극성은 X선 비트 주기를 보이지만 다른 것은 보이지 않는 이유는 무엇인가요?
• RQ4 디스크 기반 중간 극성에서 백색왜성 자전 주기, 자기장 강도, 적응 기하학 간의 관계는 무엇인가요?
• RQ5 특정 광학 두께 효과를 가진 단일 피크 적응 모델로 이중 피크 X선 프로파일을 설명할 수 있나요?

주요 결과

• YY Draconis와 V709 Cassiopeiae는 궤도 모듈레이션 또는 X선 비트 주기가 감지되지 않는 이중 피크 X선 펄스 프로파일을 나타냄.
• X선 비트와 궤도 모듈레이션의 부재는 양 시스템이 낮은 기울기로 관측된 디스크 기반의 적응자임을 시사함.
• 백색왜성의 짧은 자전 주기는 약한 자기장으로 이어지며, 이는 큰 자기권 반경과 확장된 적응 커튼을 초래함.
• 이중 피크 프로파일은 자기장선을 따라 X선 방출이 가장 적게 흡수되어 극에서 방출이 증가하는 데 기인하며, 백색왜성 표면에 평행한 방출은 더 많이 차단됨.
• 본 연구는 두 가지의 명백한 중간 극성 유형을 규명함: 빠른 자전을 하는 약한 자기장과 이중 피크 프로파일을 가지는 경우(예: AE Aqr, DQ Her, XY Ari, GK Per, V405 Aur), 그리고 더 강한 자기장과 X선 비트 변동을 보이는 느린 자전을 하는 경우(예: FO Aqr, TX Col, BG CMi, AO Psc, V1223 Sgr, RX J1712.6-2414).
• 이중 피크 프로파일은 두 극에 의한 적응에만 국한되지 않으며, 약한 자기장, 디스크 기반의 적응과 함께 큰 광학 두께가 낮은 커튼으로 인해 발생함.