[论文解读] The accreting white dwarfs in BW Scl, BC UMa and SW UMa

Boris Gaensicke, Paula Szkody+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2005

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 27

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜STIS的远紫外光谱，对三颗短周期矮新星——BW Scl、BC UMa和SW UMa——进行了观测，发现白矮星是其系统中主导的远紫外辐射源。研究测得白矮星的有效温度分别为14,800±900 K（BW Scl）、15,200±1,000 K（BC UMa）和13,900±900 K（SW UMa），其碳、氧和硅的丰度低于太阳，且可能存在铝的过量，表明在激变变星白矮星中存在吸积-扩散平衡。

ABSTRACT

We have observed the short-period dwarf novae BW Scl, BC UMa and SW UMa using the Hubble Space Telescope/Space Telescope Imaging Spectrograph. In all three systems, the white dwarf is the dominant source of far-ultraviolet flux, even though in BC UMa and SW UMa an additional continuum component contributes ~10% and ~20% of the 1400A flux, respectively. Fitting the data with detailed white dwarf model spectra, we determine the effective temperatures to be 14800+-900K (BW Scl), 15200+-1000K (BC UMa), and 13900+-900K (SW UMa). The additional continuum component in BC UMa and SW UMa is equally well described by either a blackbody or a power law, which could be associated with emission from the hot spot or from an optically thin accretion disk (or an optically thin layer on top of a colder optically thick disk), respectively. Modelling the narrow metal lines detected in the STIS spectra results in sub-solar abundances of carbon, oxygen and silicon for all three systems, and also suggests substantial supra-solar abundances of aluminium. The narrow absorption line profiles imply low white dwarf rotation rates, v sin(i)<=300km/s for the three white dwarfs. SW UMa is the only system that shows significant short-term variability in the far-ultraviolet range, which is primarily associated with the observed emission lines.

研究动机与目标

• 利用高分辨率远紫外光谱测量短周期矮新星中白矮星的有效温度、自转速率和化学丰度。
• 探究激变变星（CVs）中白矮星光球层中低于太阳丰度的成因，区分来自伴星吸积与内在扩散过程的影响。
• 评估BC UMa和SW UMa中额外连续谱成分的贡献，可能源于热点或光学薄吸积盘区域。
• 确定吸积加热与角动量损失在塑造CV系统中白矮星物理特性中的作用。
• 通过扩展具有精确远紫外光谱的高质量白矮星样本，为理解CV演化提供更坚实的实证基础。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜的空间望远镜成像光谱仪（STIS）获取信噪比≥10的高信噪比远紫外光谱，观测对象为BW Scl、BC UMa和SW UMa。
• 通过与详细白矮星模型大气拟合，推导有效温度，假设局部热动平衡（LTE）并以太阳丰度为基准。
• 采用黑体函数和幂律函数对额外连续谱成分进行建模，以评估其在BC UMa和SW UMa中的起源。
• 通过分析窄金属吸收线（C、O、Si、Al）推导光球层丰度相对于太阳的值，校正线重叠和仪器效应。
• 利用多普勒展宽的谱线轮廓估算白矮星自转速率的上限（v sin i ≤ 300 km s⁻¹）。
• 评估白矮星表面可能存在横向丰度梯度的可能性，尽管受限于各元素的信噪比。

实验结果

研究问题

• RQ1 BW Scl、BC UMa和SW UMa中白矮星的有效温度是多少？其结果与CV演化理论预期是否一致？
• RQ2 BC UMa和SW UMa中额外连续谱通量的成因是什么？是否与热点或光学薄吸积盘区域的辐射一致？
• RQ3 为何这些系统中的白矮星表现出碳、氧和硅的低于太阳丰度？其大气成分由何种过程主导？
• RQ4 BW Scl、BC UMa和SW UMa中观测到的铝过量是否指示新星爆发期间的核合成过程或伴星演化的影响？
• RQ5 CV系统中自转速率与角动量损失在多大程度上影响白矮星的观测特性及其长期演化？

主要发现

• BW Scl的有效温度为14,800±900 K，BC UMa为15,200±1,000 K，SW UMa为13,900±900 K，三者均为其系统中主导的远紫外辐射源。
• 在BC UMa中，次要连续谱成分贡献了约10%的1400 Å波长处的通量，在SW UMa中贡献约20%，其最佳描述为黑体或幂律谱，可能源于热点或光学薄盘区域。
• 三者均表现出低于太阳的丰度：碳、氧和硅相对太阳丰度偏低，且在BW Scl、BC UMa和SW UMa中均发现铝的过量。
• 白矮星自转速率较低，v sin i ≤ 300 km s⁻¹，表明角动量耦合效率低，且在新星爆发期间吸积的角动量显著损失。
• SW UMa表现出显著的短期远紫外变异性，主要与发射线相关，表明在宁静期存在动态的吸积过程。
• 本研究将短周期矮新星有效温度可靠测量的数量增加四倍，并证明了利用高信噪比远紫外光谱对CV白矮星进行丰度与自转测量的可行性。