[论文解读] Multiple time scales in cataclysmic binaries. The low-field magnetic dwarf nova DO Draconis

И. Л. Андронов, L. L. Chinarova+3 more|ArXiv.org|Jun 12, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 34被引用 10

一句话总结

本研究基于2006–2007年在莱蒙山韩国1米望远镜进行的45小时CCD R波段观测，以及AFOEV和VSOLJ数据库的历史数据，调查了低场磁性矮新星DO Draconis在多个时标上的行为。研究发现衰减速率存在变化（0.902天/星等），爆发周期为311–422天，挑战了此前870天的估计值，并首次探测到瞬态周期振荡（TPOs），其频率随时间降低、振幅逐渐增大，出现在一次持续增亮过程中，表明该现象可能与磁层动力学相关的辐照驱动型拍频变异性有关。

ABSTRACT

We study the variability of the cataclysmic variable DO Dra, on time-scales of between minutes and decades. The characteristic decay time dt/dm=0.902(3) days/mag was estimated from our 3 nights of CCD R observations. The quiescent data show a photometric wave with a cycle about 303(15)d. We analyzed the profile of the composite (or mean) outburst. We discovered however, that a variety of different outburst heights and durations had occurred, contrary to theoretical predictions. With increasing maximum brightness, we find that the decay time also increases; this is in contrast to the model predictions, which indicate that outbursts should have a constant shape. This is interpreted as representing the presence of outburst-to-outburst variability of the magnetospheric radius. A presence of a number of missed weak narrow outbursts is predicted from this statistical relationship. A new type of variability is detected, during 3 subsequent nights in 2007: periodic (during one nightly run) oscillations with rapidly-decreasing frequency from 86 to 47 cycles/day and a semi-amplitude increasing from 0.06 to 0. 10, during a monotonic brightness increase from 14. 27 to 14. 13. This phenomenon was observed only during an unusually prolonged event of about 1 mag brightening in 2007 (lasting till autumn), during which no (expected) outburst was detected. We refer to this behaviour as to the transient periodic oscillations (TPO). To study this new and interesting phenomenon, new regular photometric and spectral (in a target of opportunity mode) observations are required.

研究动机与目标

• 表征DO Draconis在分钟至数十年时标上的多时间尺度变异性。
• 重新评估爆发周期长度，挑战此前报道的870天周期。
• 探究爆发波形变异性及其与最大亮度相关性的物理成因。
• 识别并分析在一次持续增亮事件中首次探测到的瞬态周期振荡（TPO）现象。
• 探讨衰减速率与亮度相关性对磁层半径变异性及潜在弱窄爆发的隐含意义。

提出的方法

• 在2006–2007年期间，利用莱蒙山韩国1米望远镜对DO Draconis进行了14个观测周期（共45小时）的CCD R波段光度观测，覆盖了2006年爆发的衰减阶段。
• 利用AFOEV和VSOLJ数据库中的历史光曲线（共1509次巡天观测）重建长期变异性。
• 通过在2006年爆发下降段进行线性拟合，估算衰减速率（dt/dm）。
• 构建复合爆发轮廓，以分析不同爆发之间的波形差异。
• 采用周期图分析与振幅调制方法，检测准周期信号，包括TPOs。
• 对衰减速率与最大亮度之间的统计相关性进行分析，以推断磁层半径的变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 DO Draconis的真实爆发周期长度是多少？与此前报道的870天相比有何差异？
• RQ2 为何DO Draconis的爆发表现出可变的衰减速率和振幅，与理论预测的恒定波形爆发相悖？
• RQ3 为何观测到的最大亮度增加与衰减速率增加存在相关性？其成因是什么？
• RQ4 新探测到的瞬态周期振荡（TPOs）中，频率降低、振幅增大的物理机制是什么？
• RQ5 衰减速率与亮度之间的统计关系是否可用于推断被遗漏的弱窄爆发的存在？

主要发现

• 2006年爆发的特征衰减速率测定为0.902(3)天/星等，显著短于以往估计值。
• 爆发周期被重新评估为311–422天，与此前870天的估计相矛盾，且在平静态数据中发现了303(15)天的光变波，提供了有力证据。
• 发现衰减速率与最大亮度之间存在显著正相关性（斜率 d(dt/dm)/dm = 0.37(9)），表明磁层半径存在变化。
• 复合爆发轮廓显示，在不同亮度区间内衰减速率存在差异（1.14(4)至0.56(5)天/星等），表明波形存在变异性。
• 2007年首次探测到一种新现象——瞬态周期振荡（TPOs）：在单调亮度上升过程中，频率从86降至47周期/天，振幅从0.06增至0.10星等。
• TPOs出现在一次持续增亮但未形成完整爆发的阶段，表明可能是螺旋云团受辐照导致，其频率通过拍频机制趋近于自转频率。