[论文解读] YY Draconis and V709 Cassiopeiae: two intermediate polars with weak magnetic fields

A. J. Norton, A. P. Beardmore+2 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 19, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用 9

一句话总结

本文基于ROSAT HRI对YY Draconis和V709 Cassiopeiae的观测，研究了两颗磁性较弱的中等偏心双星系统，其X射线脉动光 light曲线 呈双峰结构，这是由于吸积盘供料至白矮星表面大范围磁极区所致。作者认为弱磁场导致吸积帘延伸且沿磁力线光学厚度较低，从而形成双峰结构；并据此将中等偏心双星分为两类：快速自转、磁场较弱且具双峰光变曲线的系统，与较慢自转、磁场较强且具X射线拍频调制的系统。

ABSTRACT

We present data from long ROSAT HRI observations of the intermediate polars YY Dra and V709 Cas which show that V709 Cas, like YY Dra, exhibits a double-peaked X-ray pulse profile. Neither system shows evidence for X-ray beat period or orbital modulation, so both must be disc-fed accretors seen at low inclination angles. We argue that the short spin periods of the white dwarfs in these objects indicate that they have weak magnetic fields, so the radius at which material is captured by the field lines is relatively small. Consequently the footprints of the disc-fed accretion curtains on the white dwarf surface are large. The optical depths to X-ray emission within the accretion curtains are therefore lowest in the direction along the magnetic field lines, and highest in the direction parallel to the white dwarf surface, such that the emission from the two poles conspires to produce double-peaked X-ray pulse profiles. We emphasise that such a pulse profile is not a unique indicator of two-pole accretion however. Indeed, two-pole accretion onto smaller regions of the white dwarf surface may be considered the `normal' mode of behaviour in a disc-fed intermediate polar with a longer white dwarf spin period (and therefore a higher field strength), resulting in a single-peaked pulse profile. Collating data on other intermediate polars, we may classify them into two subsets. Fast rotators, with relatively weak fields, show double-peaked pulse profiles (AE Aqr, DQ Her, XY Ari, GK Per, V709 Cas, YY Dra, V405 Aur), whilst slower rotators, with larger fields and therefore larger magnetospheres, have been seen to exhibit an X-ray beat period modulation at some time (FO Aqr, TX Col, BG CMi, AO Psc, V1223 Sgr, RX J1712.6-2414).

研究动机与目标

• 利用长时序ROSAT HRI观测，研究中等偏心双星YY Draconis和V709 Cassiopeiae的X射线脉动光变曲线。
• 基于X射线光变曲线，确定这些系统的磁场强度与吸积几何结构。
• 从吸积帘几何结构与光学厚度变化的角度，解释双峰X射线脉动光变曲线的成因。
• 根据自转周期、磁场强度与X射线变异性特征，对中等偏心双星进行分类。
• 阐明双峰光变曲线并非仅见于双极吸积，而是弱场、盘供料吸积导致大范围、光学薄吸积帘的结果。

提出的方法

• 利用长时序ROSAT高分辨率仪（HRI）观测，获取YY Draconis和V709 Cassiopeiae的高时间分辨率X射线光变曲线。
• 分析X射线脉动光变曲线，识别双峰结构，并确认无轨道调制或X射线拍频周期的存在。
• 在假设盘供料吸积的前提下建立吸积几何模型，其中磁场捕获物质的半径取决于磁场强度。
• 考虑沿磁力线及垂直于磁力线方向的光学厚度变化，沿磁力线方向较低的消光系数导致该方向X射线发射增强。
• 将结果与更广泛的中等偏心双星样本进行比较，识别自转周期、磁场强度与X射线变异性之间的相关性。
• 通过理论推理，将弱磁场与更大的磁层半径关联，从而导致更大的吸积极区与更长的吸积帘。

实验结果

研究问题

• RQ1 YY Draconis和V709 Cassiopeiae中观测到的双峰X射线脉动光变曲线的成因是什么？
• RQ2 白矮星磁场强度如何影响吸积帘的几何结构与X射线发射特性？
• RQ3 为何部分中等偏心双星表现出X射线拍频周期，而另一些则没有？
• RQ4 在盘供料中等偏心双星中，白矮星自转周期、磁场强度与吸积几何结构之间存在何种关系？
• RQ5 双峰X射线光变曲线能否通过具有特定光学厚度效应的单峰吸积模型加以解释？

主要发现

• YY Draconis和V709 Cassiopeiae均表现出双峰X射线脉动光变曲线，且未检测到轨道调制或X射线拍频周期。
• 缺乏X射线拍频与轨道调制表明，这两个系统均为盘供料吸积系统，且倾角较低。
• 白矮星自转周期短，暗示其磁场较弱，导致磁层半径较大，吸积帘延伸更广。
• 双峰光变曲线的形成原因在于：X射线辐射沿磁力线方向吸收最少，因此在磁极方向辐射增强；而平行于白矮星表面的辐射则因遮挡更严重而减弱。
• 本研究识别出中等偏心双星的两类不同群体：快速自转、磁场较弱且具双峰光变曲线的系统（如AE Aqr、DQ Her、XY Ari、GK Per、V405 Aur），与较慢自转、磁场较强且具X射线拍频调制的系统（如FO Aqr、TX Col、BG CMi、AO Psc、V1223 Sgr、RX J1712.6-2414）。
• 双峰光变曲线并非仅见于双极吸积，而是弱场、盘供料吸积导致大范围、光学薄吸积帘的直接结果。