[论文解读] Evidence for a substellar secondary in the magnetic cataclysmic binary EF Eridani

K. Beuermann, P. J. Wheatley+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本研究基于低状态下的光学光谱中未检测到光谱特征，提供了证据表明磁性激变变星 EF Eri 拥有一颗次恒星伴星，可能为棕矮星或接近氢燃烧极限的过渡天体。白矮星异常低的有效温度（9500 ± 500 K）表明其冷却年龄超过 10⁹ 年，排除了温暖棕矮星的可能性，表明该系统很可能已通过激变变星演化过程中的周期最小值。

ABSTRACT

Low-state spectrophotometry of the short-period polar EF Eridani (Porb=81 min) found the system at V=18.0 with no trace of the companion (Wheatley and Ramsay 1998). We show that the lack of such spectral features implies that the companion to the white dwarf in EF Eri has a spectral type later than M9 and is either a transition object at the brink of hydrogen burning or a brown dwarf. The optical low state spectrum indicates a temperature of the white dwarf of Teff=9500+-500K. This is one of the coldest white dwarfs in cataclysmic variables, implying a cooling age t_cool>=10e9 yrs or accretional heating at a rate as given by gravitational radiation. The large age of the system excludes a warm brown dwarf as companion. EF Eri has either just passed through the period minimum of cataclysmic variable stars or has started mass transfer from an old brown dwarf secondary.

研究动机与目标

• 确定在低吸积状态下的磁性激变变星 EF Eri 中未被探测到的次星的性质。
• 利用低状态光谱中缺乏流量特征的观测，约束不可见伴星的光谱型和质量。
• 通过将轨道周期（81 分钟）与理论周期最小值 77 分钟进行比较，评估 EF Eri 的演化状态，并推断其是否已通过周期反弹。
• 评估白矮星的低温（9500 K）是否与冷却过程一致，或是否由吸积加热维持，并推断其对伴星质量与演化历史的影响。

提出的方法

• 使用位于智利拉西拉的欧洲南方天文台 3.6 米望远镜，在 1997 年 2 月对 EF Eri 进行了低状态测光光谱观测，观测数据已校正大气群和地球大气吸收效应。
• 通过比较周期性磁层最大与最小相位的差谱，去除塞曼分裂发射，从而分离出非磁性连续谱。
• 通过将观测到的连续谱（λ > 5300 Å）与非磁性和磁性模型大气进行拟合，确定白矮星的有效温度，结果为 T_eff = 9500 ± 500 K。
• 利用表面亮度的经验校准，估算晚期型 M 或 L 星可能贡献的最大通量，并因未检测到此类特征，将伴星的光谱型限制在 M9 之后。
• 利用白矮星冷却与激变变星演化的理论模型，结合系统的年龄与轨道周期，推断伴星的质量与演化状态。
• 根据白矮星的温度与冷却年龄估算吸积率，并与引力辐射驱动的吸积率进行比较，以检验其与高白矮星质量（M₁ ≥ 0.6 M☉）的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于 EF Eri 在低状态下的光学通量不可检测，其未被探测到的次星的光谱型与质量为何？
• RQ2 给定 EF Eri 中白矮星的有效温度为 9500 K，其是否足够古老（足够冷）以排除温暖棕矮星伴星的可能性？
• RQ3 EF Eri 是否已通过激变变星演化过程中的周期最小值？其当前轨道周期（81 分钟）对伴星的质量与性质有何含义？
• RQ4 白矮星的观测温度是否可由冷却过程单独解释，还是由吸积加热维持？这对其吸积率与伴星质量有何推论？
• RQ5 观测到的轨道周期（81 分钟）与理论最小周期（77 分钟）之间的差异，是否暗示 CV 系统中存在额外的角动量损失机制或隐藏的演化路径？

主要发现

• EF Eri 在低状态光谱中未检测到可辨识的光谱特征，表明其次星的光谱型晚于 M9，从而排除了主序 M 型星的可能性。
• EF Eri 中白矮星的有效温度为 9500 ± 500 K，是目前已知在激变变星中具有可靠温度测量的最冷白矮星。
• 低温表明其冷却年龄至少为 10⁹ 年，排除了温暖棕矮星伴星的可能性，因为此类天体在该时间内应已冷却至更低温度。
• 该系统的轨道周期为 81 分钟，比观测到的周期最小值 77 分钟长 4 分钟，表明 EF Eri 很可能已通过周期最小值，正向更长周期演化。
• 根据演化模型与年龄限制，伴星最可能为棕矮星（M₂ < 0.06 M☉）或接近氢燃烧极限的过渡天体（M₂ ≈ 0.075 M☉）。
• 为维持白矮星温度所需的吸积率与引力辐射驱动的吸积率一致，支持白矮星质量较高（M₁ ≥ 0.6 M☉）且伴星为次恒星天体的结论。