[论文解读] HST/STIS Spectroscopy of the Intermediate Polar EX Hydrae

Kunegunda E. Belle, Steve B. Howell+3 more|CERN Bulletin|Jan 29, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 23

一句话总结

本研究利用高分辨率HST/STIS光谱对中等偏振星EX Hydrae进行了观测，通过窄发射线的径向速度测量，得出白矮星质量为$0.91 \pm 0.05\,M_{\odot}$。对白矮星光球层和截断吸积盘的光谱建模得到一致的距离为60 pc，白矮星温度为23,000 K，内盘半径为白矮星半径的2.5倍，证实了早期的紫外辐射模型，并通过独立的距离检验解决了距离上的不一致问题。

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.

研究动机与目标

• 利用高分辨率紫外光谱测定中等偏振星EX Hydrae中白矮星的质量。
• 通过建模紫外连续谱和发射线流量，区分白矮星光球层与吸积帘的贡献。
• 利用谱能分布拟合与独立距离指标，精炼EX Hydrae的距离。
• 检验白矮星光球层与截断盘模型的光谱模型是否与观测到的流量和径向速度曲线一致。
• 解决先前对EX Hydrae的距离估计与光谱建模结果之间的不一致。

提出的方法

• 使用E140M光栅对HST/STIS进行时间标记观测，在六圈轨道内覆盖1150–1735 Å波段，提供高分辨率（R ≈ 45,800）光谱。
• 利用先前的EUV光 light曲线得到的自转和轨道星历对光谱进行相位分箱，自转相位以67分钟的自转周期为基准定义。
• 测量窄发射线（N V, O V）的径向速度曲线，以确定白矮星轨道运动的$K$振幅。
• 使用TLUSTY和SYNSPEC生成合成光谱模型，分别对应白矮星光球层与截断吸积盘，通过调整参数使模型与观测流量匹配。
• 通过将模型总和（光球层 + 盘面）缩放至观测流量，并与独立距离指标（如Bailey方法和2MASS $K$-波段星等）比较，推导距离。
• 通过目视检查光谱拟合效果，迭代调整距离与白矮星参数，以获得最佳匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于窄发射线的径向速度振幅，EX Hydrae中白矮星的精确质量是多少？
• RQ2 在EX Hydrae中，白矮星光球层与吸积盘对紫外连续谱和发射线的贡献如何比较？
• RQ3 当结合光谱建模与独立距离指标时，EX Hydrae的最一致距离是多少？
• RQ4 具有特定内半径的截断吸积盘模型是否比其他模型更优地拟合观测到的紫外光谱？
• RQ5 与FOS、IUE和HUT数据的先前估计相比，本研究推导出的白矮星参数（质量、温度、盘面截断半径）有何差异？

主要发现

• N V与O V发射线的径向速度振幅得出白矮星质量为$0.91 \pm 0.05\,M_{\odot}$，与中等偏振系统中高质白矮星一致。
• 白矮星光球层模型（$T_{\rm eff} = 23,000$ K）与在$2.5\,R_{\rm WD}$处截断的吸积盘模型，对观测紫外光谱的拟合效果最佳。
• 由光谱建模得出的距离60 pc与Bailey方法得到的$54^{+12}_{-7}$ pc以及近期的视差测量结果一致，解决了先前的不一致。
• 1.33$\,M_{\odot}$的白矮星模型被排除，因其隐含距离为33 pc，与独立距离估计相矛盾。
• 连续谱的流量调制最合理的解释是：在自转最小值时，一个吸积极被遮挡，而发射线则来自极区附近的磁约束帘状结构。
• 光谱模型证实发射线形成于白矮星附近，与高电离态（N V, O V）一致，且白矮星为太阳组成，无显著消光。