[论文解读] The spectroscopic evolution of the symbiotic star AG Draconis. I.The O VI Raman, Balmer, and helium emission line variations during the outburst of 2006-2008

S. N. Shore, G. M. Wahlgren+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 22被引用 6

一句话总结

本研究利用光学和紫外光谱，调查了联星系统AG Draconis在2006–2008年爆发期间的光谱演化。结果表明，白矮星准大气层的冷却与膨胀导致O VI拉曼特征在爆发峰值时完全消失，破坏了周围O+5电离区的结构；而He I与He II谱线的变幅与拉曼线同步，且在爆发周期中表现出此前未见的双值关系，即其相对强度呈双值变化。

ABSTRACT

AG Dra is one of a small group of low metallicity S-type symbiotic binaries with K-type giants that undergoes occasional short-term outbursts of unknown origin. Our aim is to study the behavior of the white dwarf during an outburst using the optical Raman lines and other emission features in the red giant wind. The goal is to determine changes in the envelope and the wind of the gainer in this system during a major outburst event and to study the coupling between the UV and optical during a major outburst. Using medium and high resolution groundbased optical spectra and comparisons with archival $FUSE$ and $HST/STIS$ spectra, we study the evolution of the Raman O VI features and the Balmer, He I, and He II lines during the outburst from 2006 Sept. through 2007 May and include more recent observations (2009) to study the subsequent evolution of the source. The O VI Raman features disappeared completely at the peak of the major outburst and the subsequent variation differs substantially from that reported during the previous decade. The He I and He II lines, and the Balmer lines, vary in phase with the Raman features but there is a double-valuedness to the He I 6678, 7065 relative to the O VI Raman 6825Å variations in the period between 2006-2008 that has not been previously reported. The variations in the Raman feature ratio through the outburst interval are consistent with the disappearance of the O VI FUV resonance wind lines from the white dwarf and of the surrounding O$^{+5}$ ionized region within the red giant wind provoked by the expansion and cooling of the white dwarf photosphere.

研究动机与目标

• 理解在联星系统AG Draconis发生重大爆发期间，白矮星及其周围电离风的物理变化。
• 研究爆发与回落阶段中，紫外与光学发射特征（尤其是O VI拉曼线）之间的耦合关系。
• 确定巴尔默线、He I与He II线的观测变化是否与系统的电离结构和风动力学变化相关。
• 评估红巨星风及潜在的额外吸收体在塑造拉曼线轮廓及其爆发期间演化中的作用。

提出的方法

• 2006年9月至2007年5月期间获取并分析中、高分辨率地面光学光谱，辅以2009年数据以追踪爆发后的演化。
• 将光学发射线（O VI拉曼线、巴尔默线、He I、He II）与档案中的FUSE和HST/STIS紫外光谱进行对比，关联光学与远紫外波段的行为。
• 利用FUSE和HST/STIS数据研究O VI共振线的变异性及其与光学波段拉曼散射特征的关系。
• 基于电子密度估计值（~10^8 cm^-3）和Nahar & Prasad（2003）提供的复合系数，对O+5区的复合 timescale 进行建模，结果与观测到的爆发持续时间一致。
• 评估FUV波段（如C II、S I）中潜在的非星际吸收特征及其对拉曼线效率和轮廓畸变的影响。
• 利用[O III]线的消失及He II 6682Å与He I 6678Å的相对行为，评估爆发期间风的光学厚度与电离状态。

实验结果

研究问题

• RQ1 AG Draconis在2006–2008年爆发峰值期间，O VI拉曼特征完全消失的原因是什么？
• RQ2 He I与He II发射线的变化如何与O VI拉曼线行为相关联？其相对强度呈现的双值关系对电离结构或风的几何形态有何启示？
• RQ3 白矮星的光球层变化与风动力学（如膨胀与冷却）在多大程度上可解释观测到的光谱演化？
• RQ4 红巨星风中额外吸收体（中性与电离）在多大程度上改变了拉曼线轮廓与线对比率？
• RQ5 O+5区的复合 timescale（估算为n_e ~ 10^8 cm^-3时约4个月）与观测到的爆发持续时间相比如何？这一比较对高电离特征的电离状态与持久性有何启示？

主要发现

• 在2006–2008年爆发峰值期间，O VI拉曼特征在6825 Å和7080 Å波段完全消失，表明白矮星周围O+5电离区被完全抑制。
• FUSE与HST/STIS数据证实，UV波段中O VI共振线的消失与爆发期间白矮星准大气层的膨胀和冷却一致。
• He I与He II发射线的变幅与O VI拉曼特征同步，但在2006–2008年期间表现出相对强度的双值关系（尤其是He I 6678 Å与7065 Å），此行为此前未见报道。
• 2008年6月的数据表明，He II 6682 Å线相对于He I 6678 Å线出现相对增强，暗示衰减阶段可能存在电离状态变化，尽管缺乏同期紫外光谱佐证。
• O+5区的复合 timescale（估算为n_e ~ 10^8 cm^-3时约4个月）与观测到的爆发持续时间相符，支持电离区在爆发 timescale 内复合的假设。
• [O III]线的缺失出现在本应电离的区域，表明电子密度与复合条件与观测到的光谱变化一致，对基于激波加热的模型构成挑战。