[논문 리뷰] HST/STIS Spectroscopy of the Intermediate Polar EX Hydrae

Kunegunda E. Belle, Steve B. Howell외 3명|CERN Bulletin|2003. 01. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 중간 극성 별 EX Hydrae의 고해상도 HST/STIS 스펙트로스코피를 제시하며, 좁은 발광선의 도플러 속도를 이용해 백색왜성 질량을 $0.91 \pm 0.05\,M_{\odot}$로 유도한다. 백색왜성 대기와 잘린(accrretion disk)의 스펙트럼 모델링을 통해 60 pc의 일致된 거리가 도출되었으며, 백색왜성 온도는 23,000 K이고 내부 디스크 반경은 백색왜성 반경의 2.5배로 확인되어 이전의 자외선 발광 모델을 확인하고 독립적인 거리 검증을 통해 거리의 모순을 해결한다.

ABSTRACT

We present the results of our analysis of six orbits of HST/STIS time-tagged spectroscopy of the intermediate polar, EX Hydrae. The high time and wavelength resolution of the HST/STIS spectra provided an excellent opportunity to study the UV properties of EX Hya. Measurements of the continuum and emission line fluxes corroborate earlier studies that show that the emission line fluxes are modulated more strongly than the continuum flux and originate from the accretion curtains, while the continuum flux originates from the white dwarf photosphere. The measured K amplitude of the narrow emission line radial velocity curve is used to calculate a white dwarf mass of 0.91+/-0.05 M_sun. Synthetic white dwarf photosphere and accretion disk spectral models are used to further refine the white dwarf and accretion disk properties. Using the spectral models, it is determined that EX Hya has a white dwarf of mass 0.9 M_sun, T=23000 K, an accretion disk truncated at 2.5 R_WD, and is at a distance of 60 pc.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 자외선 스펙트로스코피를 이용해 중간 극성 별 EX Hydrae의 백색왜성 질량을 결정하기.
• 자외선 연속스펙트럼과 발광선 강도를 모델링하여 백색왜성 대기와 물질의 흡착막(accrretion curtains) 기여도를 구분하기.
• 스펙트럼 에너지 분포 피팅과 독립적인 거리 지표를 사용하여 EX Hydrae의 거리를 정밀화하기.
• 백색왜성 대기와 잘린 디스크의 스펙트럼 모델이 관측된 복사강도와 도플러 속도 곡선과 일치하는지 검증하기.
• 이전의 거리 추정치와 스펙트럼 모델링 결과 간의 모순을 해결하기.

제안 방법

• 시간 태그가 된 HST/STIS 관측을 E140M 격자로 수행하여, 6개의 궤도 동안 1150–1735 Å 범위에서 고해상도(R ≈ 45,800) 스펙트럼을 확보하였다.
• 이전의 EUV 광도 곡선에서 유도된 자전 및 궤도 이포메리드를 사용하여 스펙트럼을 위상별로 분류하였으며, 자전 주기는 약 67분으로 정의되었다.
• 좁은 발광선(N V, O V)의 도플러 속도 곡선을 측정하여 백색왜성 궤도 운동의 $K$ 진폭을 도출하였다.
• 백색왜성 대기와 잘린 물질의 흡착 디스크를 위한 합성 스펙트럼 모델을 TLUSTY와 SYNSPEC를 사용하여 생성하였으며, 관측된 복사강도와 일치하도록 모델 파rameter를 조정하였다.
• 관측된 복사강도에 모델의 총합(대기 + 디스크)을 스케일링하고, Bailey의 방법과 2MASS $K$-대역 등급과 같은 독립적 거리 지표와 비교하여 거리를 유도하였다.
• 모델 피팅은 스펙트럼 피팅의 시각적 검토를 통해 수행되었으며, 거리 및 백색왜성 파rameter를 반복 조정하여 최적의 일치를 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 좁은 발광선(N V, O V)의 도플러 속도 진폭을 통해 EX Hydrae의 백색왜성 질량은 정확히 얼마인가요?
• RQ2 EX Hydrae에서 자외선 연속스펙트럼과 발광선에 대한 백색왜성 대기와 물질의 흡착막 기여도는 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ3 스펙트럼 모델링과 독립적 거리 지표를 조합했을 때 EX Hydrae에 가장 일致된 거리는 무엇인가요?
• RQ4 특정 내부 반경을 가진 잘린 물질의 흡착 디스크 모델이 다른 모델보다 관측된 자외선 스펙트럼에 더 나은 피팅을 제공하는가요?
• RQ5 이전의 FOS, IUE, HUT 데이터로부터 유도된 백색왜성 파rameter(질량, 온도, 디스크 잘림 반경)와 비교했을 때, 유도된 백색왜성 파rameter는 어떻게 다릅니까?

주요 결과

• N V 및 O V 발광선의 도플러 속도 진폭을 통해 백색왜성 질량은 $0.91 \pm 0.05\,M_{\rm \odot}$로 도출되었으며, 이는 중간 극성 시스템에서 고질량 백색왜성과 일치한다.
• 백색왜성 대기 온도 $T_{\rm eff} = 23,000$ K와 내부 반경 $2.5\,R_{\rm WD}$에서 잘린 물질의 흡착 디스크를 포함한 모델이 관측된 자외선 스펙트럼과 가장 잘 일치한다.
• 스펙트럼 모델링을 통한 거리 60 pc는 Bailey의 방법으로 유도된 $54^{+12}_{-7}$ pc와 최근의 파라섹스 측정값과 일치하여 이전의 모순을 해결한다.
• 1.33 $M_{\odot}$의 백색왜성 모델은 거리 33 pc로 이어지며, 이는 독립적 거리 추정치와 충돌하므로 배제된다.
• 연속스펙트럼의 복사강도 변동은 자전 최소 시 한쪽의 물질의 흡착극이 가림을 받을 때 발생하며, 발광선은 극 근처의 자기장에 의해 구속된 흡착막에서 기인한다.
• 스펙트럼 모델은 발광선이 백색왜성 근처에서 형성되며, 고이온화 상태(N V, O V)와 일치하고, 백색왜성은 태양 조성이며 유의미한 적색화가 없음을 확인한다.