[论文解读] Searching for nova shells around cataclysmic variables -- II. A second campaign

D. I. Sahman, V. S. Dhillon|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 24被引用 6

一句话总结

本研究对47颗激变变星（CVs）进行了第二次Hα成像巡天，以探测古老新星壳层，检验新星诱发休眠周期理论。尽管观测深度和广度均较高，但未发现新的壳层；结合先前的巡天结果，表明CVs中类新星阶段的持续时间约为3,000年，支持由过去新星爆发驱动的质量转移周期演化模型。

ABSTRACT

We report on our second campaign to search for old nova shells around cataclysmic variables (CVs). Our aim was to test the theory that nova eruptions cause cycles in the mass transfer rates of CVs. These mass transfer cycles change the behaviour of CVs during their inter-eruption periods. We examined H-alpha images of 47 objects and found no new shells around any of the targets. Combining our latest results with our previous campaign (Sahman et al. 2015), and the searches by Schmidtobreick et al. (2015) and Pagnotta & Zurek (2016), we estimate that the nova-like phase of the mass transfer cycle lasts approximately 3,000 years.

研究动机与目标

• 为检验新星诱发休眠周期理论，该理论提出新星爆发会引发激变变星（CVs）质量转移速率的周期性变化。
• 探测类新星CVs（NLs）周围的古老新星壳层，若该理论成立且系统处于近期爆发后的高质质量转移阶段，则壳层应可见。
• 通过使用依萨卡·牛顿望远镜（Isaac Newton Telescope）的深空、大视场Hα成像，改进首次巡天的局限性——特别是视场狭窄和深度不足的问题。
• 利用古老新星壳层的探测率，估算CV质量转移周期中类新星阶段的持续时间。

提出的方法

• 使用2.5米依萨卡·牛顿望远镜（INT）和广域相机（WFC）对47颗CVs进行深空、大视场Hα成像，视场达约30角分钟。
• 通过中心CVs的径向轮廓分析检测微弱的延展壳层，利用点扩散函数（PSF）的翼部识别低表面亮度特征。
• 将本此巡天的数据与Sahman等人（2015年）、Schmidtobreick等人（2015年）以及Pagnotta与Zurek（2016年）的结果相结合，以增强统计效力。
• 使用比例关系 R ∼ 20'' × (t/100 yr) × (v/1000 km s⁻¹) / (d/kpc) 估算基于爆发以来的时间、膨胀速度和距离的可探测壳层尺寸。
• 利用DQ Her进行模拟，估算探测阈值，确认对约200年以内的壳层具有探测灵敏度。
• 进行细致的数据还原和PSF建模，以区分真实壳层与伪影，尤其是在密集或饱和的场区。

实验结果

研究问题

• RQ1 新星诱发休眠周期理论是否预测在类新星CVs周围存在可观测到的古老新星壳层群体？
• RQ2 从古老壳层的探测率推断，CV质量转移周期中类新星阶段的典型持续时间是多少？
• RQ3 视场和深度等观测限制如何影响对古老、大尺寸、微弱新星壳层的探测灵敏度？
• RQ4 观测到的壳层探测率是否与CV演化理论模型及新星重复时间一致？
• RQ5 本次巡天未发现新壳层，是否可用于约束类新星阶段的寿命？

主要发现

• 尽管进行了深度和广角的Hα成像，本次第二次巡天对47颗CVs的观测中未检测到任何新的新星壳层。
• 将本次巡天与先前巡天（Sahman等，2015年；Schmidtobreick等，2015年；Pagnotta与Zurek，2016年）的数据合并分析后，仅确认了两颗NLs周围存在新星壳层：V1315 Aql 和 IPHASX J210204.7+471015。
• 在总共57颗NLs中仅探测到两颗壳层，表明类新星阶段的持续时间约为3,000年。
• 该估算与Patterson等人（2013年）提出的约1,000年的数量级预测一致，也符合类新星阶段持续时间短于整体新星重复时间的预期。
• 结果支持新星诱发休眠周期理论，表明类新星CVs可能正处于近期新星爆发后的高质质量转移阶段。
• 分析表明，V1315 Aql 和 IPHASX J210204.7+471015 等系统更可能拥有大质量白矮星和次星，与CV演化模型一致。