[论文解读] 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)|Nov 28, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本研究分析了1978年至1989年期间高分辨率IUE紫外光谱中的双星系统大陵五（Beta Persei）的观测数据，以测定质量损失率与质量转移率。通过分析不同电离态的Al、Mg、Fe和Si的径向速度、谱线轮廓及吸收成分，识别出稳定的气流与瞬变活动，得出质量转移率为~10⁻¹⁴ M☉/yr，结论为由于低速外流低于逃逸速度，系统性质量损失可忽略不计。

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.

研究动机与目标

• 利用紫外光谱数据表征大陵五双星系统的气体动力学。
• 基于紫外吸收线轮廓测定质量损失率与质量转移率。
• 识别气体流动活动随时间与轨道相位的变化。
• 区分光球层与气流组分在谱线中的贡献。
• 评估气流在质量转移与系统性质量损失中的作用。

提出的方法

• 分析1978年至1989年期间IUE高分辨率紫外光谱的1,647个连续谱水平测量值。
• 测量Al、Mg、Fe和Si在多种电离态下的径向速度、半高全宽（FWHM）、等效宽度及谱线不对称性。
• 通过比较不同历元与轨道相位下谱线形状的差异，分离气流与光球层贡献。
• 利用轨道相位分辨的谱线轮廓分析，检测瞬变与稳定气体流动组分。
• 基于吸收气体的速度与柱密度估算质量损失率，假设处于流体动力学平衡状态。
• 通过谱线强度与形状的变化比较，推断质量转移活动增强的时期。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于紫外吸收线轮廓，大陵五B星向大陵五A星的质量转移率是多少？
• RQ2 Al、Mg、Fe和Si的径向速度与谱线形状如何随轨道相位与时间变化？
• RQ3 大陵五系统中存在稳定气流与瞬变气体流动组分的证据是什么？
• RQ4 考虑到观测到的速度，气体流动导致的系统性质量损失在多大程度上发生？
• RQ5 基于光谱吸收特征，哪些历元显示出最高的质量转移活动？

主要发现

• 基于1989年9月密集相位覆盖数据，估算大陵五B星向大陵五A星的质量转移率为~10⁻¹⁴个太阳质量/年。
• 1989年的数据表明质量转移活动处于中等水平，而最显著的气体流动吸收组分出现在1978年与1984年，表明这两个历元为活动高峰期。
• 气流速度约为100 km/s，远低于逃逸速度，表明气体流动导致的系统性质量损失可忽略不计。
• 谱线轮廓随轨道相位与历元的变化证实了稳定气流与包周气体的存在，且在高活动期出现瞬变组分。
• 谱线不对称性与残余强度支持大陵五为半分离双星系统，且质量转移持续进行。
• 分析结果证实，主要质量转移机制并非通过无束缚外流，而是通过结构化、束缚的气流。