[论文解读] IP Pegasi: Investigation of the accretion disk structure. Searching evidences for spiral shocks in the quiescent accretion disk

V. Neustroev, N. V. Borisov+5 more|ArXiv.org|Jul 19, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 34被引用 6

一句话总结

本研究利用俄罗斯特殊天文台6米望远镜和西班牙卡拉哈约3.5米望远镜获取的光学光谱，对激变变星IP Pegasi的休眠吸积盘进行了多普勒层析成像与轨道相位建模。研究结果为盘面中存在螺旋激波提供了有力证据，表现为非对称、随时间变化的发射线轮廓翼以及周期约为0.15个轨道周期的调制，表明存在非同步、团块状结构，由螺旋激波驱动。

ABSTRACT

We present the results of spectral investigations of the cataclysmic variable IP Peg in quiescence. Optical spectra obtained on the 6-m telescope at the Special Astrophysical Observatory (Russia), and on the 3.5-m telescope at the German-Spanish Astronomical Center (Calar Alto, Spain), have been analysed by means of Doppler tomography and Phase Modelling Technique. From this analysis we conclude that the quiescent accretion disk of IP Peg has a complex structure. There are also explicit indications of spiral shocks. The Doppler maps and the variations of the peak separation of the emission lines confirm this interpretation. We have detected that all the emission lines show a rather considerable asymmetry of their wings varying with time. The wing asymmetry shows quasi-periodic modulations with a period much shorter than the orbital one. This indicates the presence of an emission source in the binary rotating asynchronously with the binary system. We also have found that the brightness of the bright spot changes considerably during one orbital period. The spot becomes brightest at an inferior conjunction, whereas it is almost invisible when it is located on the distant half of the accretion disk. Probably, this phenomenon is due to an anisotropic radiation of the bright spot and an eclipse of the bright spot by the outer edge of the accretion disk.

研究动机与目标

• 研究激变变星IP Pegasi休眠吸积盘的结构。
• 确定尽管理论认为低温可能抑制其形成，螺旋激波是否仍存在于休眠状态下的盘中。
• 分析随时间变化的发射线轮廓，寻找非开普勒、非同步结构（如团块或激波）的迹象。
• 研究亮斑亮度的变异性及其轨道相位依赖性，以推断盘面几何结构与遮蔽效应。
• 检验观测到的盘面结构与现代三维流体动力学模拟中吸积盘的一致性。

提出的方法

• 利用俄罗斯特殊天文台6米望远镜和西班牙卡拉哈约3.5米望远镜，在IP Pegasi休眠期获取高分辨率光学光谱。
• 应用多普勒层析成像技术，在速度空间中重建发射线源的分布，识别如亮斑和激波前缘等高发射区域。
• 采用相位建模技术，分析发射线轮廓在轨道相位上的时间依赖行为。
• 对发射线轮廓翼的非对称性及峰值间距变化进行定量分析，以探测非圆形、非均匀旋转的结构。
• 将观测到的多普勒图与含螺旋激波的吸积盘三维流体动力学模拟的预测结果进行比较。
• 利用光谱线轮廓建模，推断发射物质的轨道运动及径向速度，特别是盘外区及亮斑附近的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管盘温较低可能抑制其形成，IP Pegasi休眠吸积盘中螺旋激波是否仍能持续存在？
• RQ2 观测到的发射线轮廓翼非对称性中的准周期调制由何引起？是否与非同步、团块状结构一致？
• RQ3 为何亮斑亮度在轨道周期内显著变化？盘面遮蔽或非各向同性辐射在其中起何作用？
• RQ4 观测到的多普勒图与吸积盘三维流体动力学模拟的理论预测如何比较？
• RQ5 时间可变的线轮廓是否可用稳定、长寿命的结构（如激波诱导的团块）解释？其轨道周期是多少？

主要发现

• IP Pegasi休眠吸积盘表现出复杂且非均匀的结构，多普勒图与发射线轮廓变化明确显示出螺旋激波的证据。
• 发射线轮廓翼的非对称性表现出周期约为0.15个轨道周期（约0.61小时）的准周期调制，表明盘中存在非同步、团块状结构。
• 亮斑亮度在轨道周期内显著变化，当位于盘面远侧时甚至无法探测到，可能由于外盘边缘遮挡及非各向同性辐射所致。
• 亮斑区域物质的运动速度接近开普勒速度，与标准盘动力学一致。
• 观测到的多普勒图与线轮廓行为与现代三维流体动力学模拟结果一致，后者预测的盘结构比早期二维模型更为复杂。
• 探测到的周期约为0.15个轨道周期的团块状结构，可能由螺旋激波维持，为休眠盘中螺旋激波的存在提供了间接但有力的支持。