[论文解读] FS Aurigae: a Triple Cataclysmic Variable System containing Precessing, Magnetic White Dwarf

G. Tovmassian, S. V. Zharikov+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 4

一句话总结

本文提出，FS Aurigae 是一个三重激变变星系统，其中一颗亚恒星第三颗天体引起双星轨道的长期偏心率调制，解释了其约 900 天的非常长光变周期（VLPP）。结合 X 射线观测中轨道调制及 Chandra 与 Swift 观测之间的相位偏移证据，研究结果支持一个自由进动的磁性白矮星模型，通过三体动力学与进动的统一模型，解决了该系统中长期存在的多重变异性问题。

ABSTRACT

We present here results of numerical calculations demonstrating that the very long periodic variability detected in the Cataclysmic Variable FS Aur can be the result of eccentricity modulation of a close binary (CB) orbit induced by the presence of a third body on a circumbinary orbit. A third component with a substellar mass on a circular, relatively close orbit, modulates the mass transfer rate of the binary on much longer time scales than periods within the triple system. We also report here preliminary results of X-ray observations of FS Aur, providing further evidence that it contains magnetic and freely precessing white dwarf. These two findings allow us to incorporate the new and previously stressed hypothesis on the nature of FS Aur into one consistent model.

研究动机与目标

• 为解决 FS Aurigae 中复杂的多 timescale 变异性，包括其 900 天的光变周期和长期光谱周期。
• 研究第三颗天体是否能引起双星轨道的长期偏心率调制，从而解释 VLPP。
• 通过 X 射线光变曲线分析，检验该系统包含一个自由进动磁性白矮星的假设。
• 将观测到的光学与 X 射线变异性统一到一个包含三体动力学与磁性进动的单一一致模型中。

提出的方法

• 使用 RKN 12(10) 17M 积分器在质心参考系中对三体动力学进行数值积分。
• 采用振荡椭圆近似法计算双星偏心率，以模拟长期调制。
• 对 AAVSO 光变曲线应用离散傅里叶变换（DFT），识别出约 875 天的 VLPP。
• 对 Chandra 和 Swift 望远镜的 X 射线光变曲线进行折叠处理，以检测相位偏移与调制，方法为以轨道周期折叠。
• 对光子分布进行贝叶斯分析，以评估缺失 X 射线脉冲的统计显著性。
• 将 X 射线脉冲轮廓与已知的 IP（中等偏振）系统进行比较，以推断光电吸收与进动特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 FS Aurigae 中约 900 天的光变周期是否可由第三颗天体引起的长期偏心率调制来解释？
• RQ2 何种质量范围与轨道周期范围的第三颗天体可产生与观测到的 VLPP 一致的双星轨道调制？
• RQ3 Chandra 与 Swift X 射线光变曲线之间观测到的相位偏移是否为白矮星进动的证据？
• RQ4 X 射线调制特性（软 band 占优、脉冲轮廓）是否支持将 FS Aur 识别为中等偏振星？
• RQ5 长期光谱周期与光变周期是否可由吸积盘内边缘的同一物理机制共同解释？

主要发现

• FS Aurigae 中约 900 天的 VLPP 与质量在 25 至 65 M_J 之间的第三颗天体在近圆形轨道上引起的偏心率调制一致。
• 数值模拟表明，当 P3/P2 < 13.4 时，第三颗天体可产生与观测到的 875 天周期一致的 VLPP。
• Chandra 与 Swift 的 X 射线光变曲线在折叠光变曲线中显示出显著的相位偏移（约 0.2 个轨道相位），表明白矮星存在进动。
• X 射线调制在软 band（0.3–2.0 keV）中更强，与中等偏振星典型的光电吸收特征一致。
• 以统计显著性检测到缺失的 X 射线脉冲，支持进动假说。
• 光学与 X 射线数据的综合分析支持一个统一模型：即一个进动的磁性白矮星与第三颗天体引起的偏心率调制共同解释了该系统复杂的变异性。