CC BY
67
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2014, том 69, № 1, с. 88-105
УДК 524.338-33/54; 524.337.7-33/54
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ
GSC 02197-00886
© 2014 А. А. Митрофанова1, Н. В. Борисов2, В. В. Шиманский1
1Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, 420008 Россия 2Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Нижний Архыз, 369167 Россия Поступила в редакцию 12 июля 2013 года; принята в печать 18 ноября 2013 года
В работе выполнен спектральный анализ физического состояния и эволюции в течение вспышки переменной типа WZ Sge GSC 02197—00886. Спектры системы, покрывающие полный орбитальный период в момент вспышки 8 мая 2010 г., в фазе поздней релаксации и в спокойном состоянии, получены на БТА САО РАН в 2010—2012 гг. По абсорбционным и эмиссионным линиям HI, HeI и Fe II определены лучевые скорости для всех ночей наблюдений и построены карты доплеровской томографии в низком состоянии. Найдено, что во вспышке спектры объекта формировались в оптически толстом аккреционном диске с эффективной температурой Teff « 45 000 K и более горячем пограничном слое. В процессе релаксации системы диск последовательно становился оптически тонким в континууме и в эмиссионных линиях. В спокойном состоянии (июль 2012 г.) в непрерывном спектре доминировало излучение остывающего белого карлика с Teff = 18 000 K. Эмиссионные линии формируются механизмом флуоресценции рентгеновского излучения источника 1RXS J213807.1+261958 на поверхности холодной звезды. В работе предложен и реализован метод определения параметров белого карлика путем численного моделирования спектров системы в спокойном состоянии и их сравнения с наблюдаемыми. Показано, что в процессе релаксации системы с августа 2010 г. до июля 2012 г. эффективная температура белого карлика понизилась на ATeff = 6000 K. Получен набор параметров GSC 02197—00886 и показано их хорошее соответствие средним параметрам систем типа WZSge, представленным в литературе.
Ключевые слова: новые, катаклизмические переменные—звёзды: карликовые новые—звёзды: индивидуальные: GSC 02197-00886
1. ВВЕДЕНИЕ
6 мая 2010 г. была зарегистрирована вспышка Новой 2010 г. в Пегасе [1]. Предварительно объект был классифицирован как звезда типа WZSge. Звезды типа WZSge принадлежат к широкому классу катаклизмических переменных с дисковой аккрецией вещества вторичной компоненты (донора) на главную (аккретор). Подобные системы состоят из белого карлика в паре со звездой позднего спектрального класса (от G до M), близкой по характеристикам к звездам Главной последовательности. Вспышки систем типа WZ Sge характеризуются ростом блеска на AmV = 6m—9m в течение 14—22 часов и последующим его падением до начального уровня за время от 60 до 200 суток. В стадии понижения блеска можно выделить фазы равномерного ослабления блеска и его скачкообразного уменьшения на Amv = 2m—3m за
2—3 дня. Перед и в момент максимума вспышки на кривой блеска этих систем появляются колебания с амплитудой Amv = 0m2—0m4 [2, 3], называемые
сверхгорбами. Периоды, определяемые по сверхгорбам, оказываются близкими к орбитальным периодам, но меняются в процессе затухания вспышки. По мере ослабления блеска формы сверхгорбов изменяются с общей тенденцией к уменьшению их амплитуды до незначительных величин.
Считается [4, 5], что физическая природа вспышек звезд типа WZ Sge связана с нестабильностью аккреционного диска, обусловленной резким ростом скорости переноса вещества от донора [6]. В рамках альтернативной модели [7] предполагается накопление вещества в диске с его последующей быстрой аккрецией на белый карлик при потере вязкости.
Спектроскопические исследования типа WZ Sge весьма ограничены и не позволяют сделать однозначные выводы о их физической природе. Крамптон и др. [8] впервые получили спектры низкого разрешения WZ Sge через неделю после вспышки 1978 г. Они содержали переменные с фазой орбитального периода двухпиковые линии H I и HeI, характерные для излучения аккреционных дисков.
88
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
89
В статье Войханской [9] приведены результаты наблюдений 6 и 8 июля 1978 г. (за пять месяцев до вспышки 1978 г.) и 27 июня 1981 г. (через полтора года после вспышки). Автором отмечены различия между состояниями системы до и после вспышки. Более полное исследование WZ Sge в спокойном состоянии выполнено Скидмор и др. [10]. Проведенная ими доплеровская томография объекта в линиях H I (Ha, H@, Br7, Br£ и Pa^) и He I A 20589 показала наличие оптически тонкого, однородного аккреционного диска с температурой до Teff 10000 K и оптически толстой, яркой
области, совпадающей по положению и форме со струей вещества от вторичной компоненты. Изменение температуры белого карлика WZ Sge в ходе вспышки 2001 г. прослежено по наблюдениям на HST ультрафиолетовых спектров [11, 12]. В результате авторами было показано, что в момент вспышки температура белого карлика возросла до Teff 35 000 K и в дальнейшем снизилась до Teff 15 000 K за 1100 дней по закону охлаждения белых карликов с массой Ad & 0.9 mq .
Все фазы вспышки 2007 г. системы GWLib, которая также принадлежит к группе звезд типа WZ Sge, исследованы спектроскопически Ногами и др. [13], показавшими доминирование в фазах роста и максимума блеска излучения оптически толстого аккреционного диска с абсорбционными линиями HI и HeI и слабой, узкой эмиссионной компонентой линии Ha. В аналогичном анализе, проведенном в [13] для вспышки 2007 г. системы V 455 And, были найдены мощные однопиковые эмиссионные линии H I и HeI в момент максимума блеска с их превращением в двухпиковые линии оптически тонкого аккреционного диска в стадии поздней релаксации.
Таким образом, накопленный наблюдательный материал для систем типа WZ Sge свидетельствует о том, что ослабление их блеска после вспышки обусловлено уменьшением оптической толщины аккреционного диска. Однако остаются неустановленными степень уменьшения темпа аккреции в спокойном состоянии и возможность постепенного накопления массы в аккреционном диске между вспышками. Картирование по данным фотометрических наблюдений аккреционных дисков WZ Sge [14] и V455 And [15] выявило в их структуре неоднородности, по форме и размерам схожие с волнами плотности.
Вспышка Новой 2010 г. в Пегасе была зарегистрирована Ай и Ямаока [1] по снимкам, сделанным 6 мая 2010 г. в UT = 18h30m, когда звезда достигла блеска m & 10 m8. Через сутки после обнаружения ее блеск возрос до m & 9 m0 [16]. Ямаока и Итага-ки [17] в наблюдениях 1 мая оценили блеск звезды m > 15m0. Объект являлся слабым компонентом оптической пары [18] с разделением около 3". На
удалении в 7" находится рентгеновский источник 1RXS J213807.1+261958 [19], возможно связанный с открытой переменной. Максимума блеска m & 8m8 звезда достигла 8 мая в UT <&> 21h [20]. Выполненные в эту и последующие ночи спектроскопические наблюдения низкого разрешения [21,22] выявили в спектре мощный голубой континуум, широкие абсорбционные линии H I и He I с центральными эмиссиями и эмиссионные линии He II и C III + N III. Вспышка отождествлена со звездой GSC 02197—00886. Позднее Хадек [23] обнаружил более раннюю вспышку до m & 9m8 в ноябре 1942 г., что подтвердило ее принадлежность к звездам типа WZ Sge. Предварительная оценка ее фотометрического периода P = 0d05455 сделана в работе Като и др. [24]. Долговременный и обширный фотометрический мониторинг системы был проведен в работе Хохола и др. [25]. Ослабление светимости GSC 02197—00886 до уровня mv & 16m2 продолжалось около 140 дней и содержало фазу резкого падения блеска на AmV & 2m—2m2 через 24 дня после максимума вспышки. В максимуме вспышки амплитуда сверхгорбов составляла до Amv = 0m2, через 8—9 суток уменьшилась до Amv & 0m 12 и возросла до AmV & 0m25 через 25 суток. Одновременно форма сверхгорбов претерпевала большие изменения от периода к периоду, что указывало на уменьшение оптической толщины диска и появление в нем нестабильных флуктуаций плотности. После возвращения системы в спокойное состояние ее блеск стал испытывать обычные нерегулярные колебания амплитудой до Amv & 0m2. С понижением блеска период сверхгорбов GSC 02197—00886 уменьшился до P = 0d05435 [25]. Поггиани [26] в результате краткого анализа спектров системы в 2010—2011 гг. показал, что после ее перехода в спокойное состояние в июне 2010 г. аккреционный диск стал оптически тонким в континууме и линиях HI и HeI. Эти линии в спектрах, полученных в августе 2010 и 2011 гг., наблюдались эмиссионными, с двухпиковой формой профилей и сохраняли постоянную интенсивность. Излучение в эмиссионных линиях HI и HeI, согласно выводу [26], связано с ударным возбуждением соответствующих уровней атомов. Отдельно Поггиани [26] отметил несимметричность и слабую переменность профиля линии Ha, что указывало на наличие неоднородностей в аккреционном диске GSC 02197-00886.
В настоящей работе мы выполнили длительные спектроскопические наблюдения GSC02197-00886 в максимуме вспышки, фазах поздней релаксации и спокойного состояния. Полученные данные позволяют восстановить процесс эволюции аккреционной структуры и
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1
2014
90
МИТРОФАНОВА и др.
Таблица 1. Журнал наблюдений GSC 02197—00886 в ночь 8/9 мая 2010 г. HJD — юлианская дата, у — фаза орбитального периода, Vr — значения лучевых скоростей (в кмс-1), измеренных по абсорбционным (*) или эмиссионным (**) компонентам линий методом кросс-корреляции
HJD 2455000+ <Р Vr, км с 1 HJD 2455000+ <Р Vr, км с 1
Н/3* Н7* Ш* Неї 4471 А* НеП 4686 А** Н/3* Н7* Ш* Неї 4471 А* НеП 4686 А**
325.416 0.941 -66 -83 -50 -48 -77 325.466 0.849 50 55 7 -9 0
325.421 0.023 -111 -55 -109 -73 -5 325.469 0.897 -110 -1 7 3 -38
325.424 0.077 -173 -179 -199 -168 0 325.472 0.945 -37 -41 -8 -127 -26
325.427 0.134 -136 -194 -152 -247 2 325.474 0.992 -122 -69 -80 -47 1
325.429 0.182 -223 -263 -168 -167 51 325.477 0.040 51 -96 -8 7 26
325.432 0.229 -124 -111 -226 -316 64 325.482 0.137 -21 1 -171 -127 13
325.435 0.277 -173 -192 -196 -167 77 325.502 0.484 -62 -101 -51 -И 115
325.437 0.324 -235 -193 -182 -140 51 325.504 0.534 -173 -152 -139 -87 -4
325.440 0.372 -136 -235 -95 -60 141 325.507 0.582 24 -28 7 -9 77
325.443 0.419 -383 -249 -66 -47 128 325.510 0.629 25 -1 22 61 64
325.445 0.467 -135 -69 -66 21 141 325.512 0.677 62 27 22 27 26
325.448 0.514 0 -1 -36 -9 153 325.515 0.724 98 28 66 87 3
325.451 0.562 1 -55 -8 7 115 325.517 0.772 0 27 23 34 13
325.453 0.612 62 125 -И 74 128 325.520 0.820 -19 -1 10 3 0
325.456 0.659 98 82 7 83 115 325.523 0.867 0 -43 -8 -6 -26
325.459 0.707 86 55 8 47 89 325.525 0.915 -111 -55 -37 -34 0
325.461 0.754 111 96 65 101 51 325.528 0.959 -283 -263 -227 -235 -102
325.464 0.802 37 69 42 35 51 325.531 0.012 -408 -332 -242 -260 -64
Notes: * По абсорбционным компонентам.
** По эмиссионным компонентам.
главной компоненты от начала вспышки до полной релаксации системы в спокойное состояние, а также определить набор фундаментальных параметров системы. Процесс релаксации привел к переходу аккреционного диска в оптически тонкое состояние, что сделало возможным прямые наблюдения и анализ спектра белого карлика. В Разделе 2 описаны проведенные наблюдения и их обработка. Разделы 3 и 4 содержат результаты исследования спектров и лучевых скоростей объекта, а доплеровская томография выполнена в Разделе 5. Раздел 6 посвящен моделированию спектров системы и определению ее параметров.
2. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА СПЕКТРОВ
Спектроскопические наблюдения GSC 02197— 00886 проводились на БТА САО РАН с применением редуктора светосилы первичного фокуса SCORPIO [27] в режиме спектроскопии с длинной щелью, гризмы VPHG 1200g (1200 штри-хов/мм) и ПЗС-приемника EEV 42-40-CCD (2048 х 2048 пикселов размером 13.5 х 13.5 мкм). Спектральное разрешение составило АЛ = 5.0 A на пиксел для рабочего диапазона Л = 4050—5750 A. В момент максимума вспышки m ~ 9 . 5 в ночь 8/9 мая 2010 г. (далее по тексту 08.05) получено
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886 91
Таблица 2. Журнал наблюдений GSC 02197—00886 в ночи 4/5 августа 2010 г. и 21/22 июля 2012 г. HJD — юлианская дата, <р — фаза орбитального периода, V — значения относительных лучевых скоростей, измеренных по эмиссионным линиям методом Шафтера
HJD 2455000+ <Р ц км с 1
Н/3 Н7 Ш Неї 4471 А Неї 5015 А Fell 5169 А
413.403 0.029 -41 87 -63 -146 303 164
413.459 0.041 -26 19 -149 -147 263 140
413.407 0.101 189 189 24 115 281 190
413.463 0.113 183 194 53 137 350 165
413.411 0.173 237 227 88 327 402 180
413.415 0.245 192 204 79 394 352 95
413.419 0.317 190 183 58 195 405 89
413.423 0.389 183 185 53 378 294 163
413.427 0.461 -97 25 -379 30 164 60
413.431 0.533 -360 -402 -543 -541 -336 -42
413.435 0.609 -331 -390 -484 -492 -236 43
413.439 0.681 -330 -384 -510 -498 -187 -76
413.387 0.737 -203 -247 -416 -478 -264 8
413.443 0.753 -296 -319 -482 -527 -291 23
413.391 0.809 -287 -338 -500 -532 -343 6
413.447 0.825 -307 -337 -510 -529 -374 26
413.395 0.885 -272 -336 -483 -513 -308 43
413.451 0.897 -328 -357 -513 -466 -216 50
413.399 0.957 -237 -249 -386 -399 -329 123
413.455 0.969 -201 -175 -326 -245 -59 142
1129.403 0.058 -177 -223 -395 -508 -477 -100
1129.407 0.135 -202 -237 -346 -522 -421 -96
1129.411 0.208 -153 -180 -231 -535 -461 -95
1129.415 0.281 -167 -211 -523 -545 -482 -160
1129.419 0.355 -105 -172 -414 -483 -423 -53
1129.423 0.428 -81 -81 -368 -366 -262 -84
1129.427 0.504 -76 -88 -215 -240 -128 23
1129.431 0.577 -80 -84 -85 -46 205 17
1129.435 0.651 -32 -48 64 267 389 49
1129.439 0.724 -12 -20 ИЗ 248 479 106
1129.443 0.797 -91 -82 87 271 457 114
1129.449 0.911 41 50 164 392 575 150
1129.453 0.984 -170 -197 -209 -50 184 -12
1129.457 0.058 -190 -234 -513 -460 -291 -18
1129.461 0.131 -200 -239 -496 -490 -362 -25
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
92
МИТРОФАНОВА и др.
36 спектрограмм, в поздних фазах релаксации m ~ 16m0 в ночь 4/5 августа 2010 г. (далее 04.08) — 20 спектрограмм, и в спокойном состоянии в ночь 21/22 июля 2012 г. (далее 21.07) — 15 спектрограмм. Экспозиции составляли 180 с в ночь 08.05 и 300 с в ночи 04.08 и 21.07. В результате, в каждую ночь наблюдений получены непрерывные ряды спектров, охватывающие более одного орбитального периода системы. Наблюдения 8/9 мая проведены в условиях переменной облачности при зенитных расстояниях объекта z = 45°—69° и размере его изображений более d = 2" 5. Необходимость исключения из спектров GSC 02197—00886 в спокойном состоянии излучения близкого и сравнимого по яркости оптического спутника определила проведение его дальнейших наблюдений в ночи 04.08 и 21.07 только в идеальных условиях с размером звездных изображений около d = 1". 0. В результате отношение сигнал/шум в континууме для большинства спектрограмм ночи 08.05 превышает S/N = 150, а для спектрограмм ночей 04.08 и 21.07 составляет S/N & 60. Каждую ночь получались спектры фотометрических стандартов BD+25 °2465 и HZ44 [28]. Для проведения калибровок по длинам волн использовался спектр Ar-Ne-He-лампы. В Таблицах 1 и 2 представлены данные о времени наблюдений HJD, фазах р орбитального периода, согласно эфемериде [25],
HJD = 2455322.4152 + 0.05435 E,
и значениях относительных лучевых скоростей, измеренных по абсорбционным и эмиссионным компонентам разных линий.
Первичная обработка спектрограмм выполнена в ручном режиме средствами пакета редукции и анализа астрономических данных MAXIM DL. При ее проведении особое внимание уделено полному исключению излучения оптического спутника, попадавшего в процессе наблюдений в щель спектрографа одновременно с GSC 02197—00886. Последующая нормировка спектров на континуум и их анализ реализованы в рамках пакета Origin. При проведении нормировки в исследуемом интервале длин волн на неискаженных линиями частях спектра выбирались 15—25 точек, принимаемых в качестве континуума. Уровень континуума для всего интервала определялся их аппроксимацией многочленами 5—7 степени с промежуточной отбраковкой отклоняющихся на 3а значений.
3. ОПИСАНИЕ НАБЛЮДАЕМЫХ СПЕКТРОВ
Наборы нормированных спектров в различных фазах орбитального периода для всех ночей
наблюдений представлены на Рис. 1 и 2. Отметим, что фазовая привязка спектров остается условной, т.к. строгая фотометрическая эфемерида GSC 02197—00886 отсутствует вследствие переменности ее периода.
Спектры системы в моментмаксимума вспышки
08.05 (см. Рис. 1) имели мощный голубой континуум с широкими (АЛ & 70 A) абсорбционными линиями водорода (H@—Ш), нейтрального гелия (HeI ЛЛ 4471, 4921) и ионизованного железа (FeII Л 5169), а также с неотождествленной депрессией ЛЛ 5015—5085. Данная деталь испытывает доплеровские смещения, синхронные со смещениями других абсорбционных линий, и, возможно, является блендой линий HeI ЛЛ5015, 5047. Эмиссионный спектр GSC 02197—00886 во вспышке представлен узкими (АЛ & 25 A) компонентами линий H I и HeI внутри абсорбций, широкими (АЛ & & 30 A) линиями He II ЛЛ 4686, 5411 и боуэнов-ской блендой C III + N III Л 4640. Как показано ниже, наблюдаемое отсутствие в спектрах абсорбционных линий He II и CIII + NIII объясняется их блендированием более сильными эмиссионными компонентами. Как видно на Рис. 1, эмиссионные и абсорбционные компоненты испытывают асинхронные доплеровские смещения со сдвигом по фазе примерно на четверть периода. Детальный анализ смещений эмиссионных компонент линий H I показал отличие их фазовой зависимости от зависимости для эмиссий He II. Абсорбционные компоненты всех линий H I и HeI смещаются синхронно. Поэтому мы пришли к выводу, что спектр GSC 02197—00886 во вспышке формировался в трех пространственно различных областях: относительно холодной и оптически толстой, излучающей в континууме с абсорбционными линиями; оптически тонкой, излучающей в эмиссионных линиях H I и He I; и более горячей и оптически тонкой, излучающей в линиях He II и C III + N III.
Спектры GSC 02197—00886 в стадии поздней релаксации системы (04.08.2010) и спокойном состоянии (21.07.2012) качественно совпадают (см. Рис. 2): содержат слабый, плоский континуум
с широкими (АЛ > 200 A) и мелкими абсорбционными линиями водорода, содержащими эмиссии. Данные линии не меняются в наблюдениях каждой ночи, но существенно усилены в спектрах 2012 г. Поэтому мы пришли к выводу, что в наблюдаемом непрерывном спектре GSC 02197—00886 в стадии поздней релаксации и спокойном состоянии доминирует излучение остывающего белого карлика. Одновременно в спектрах системы наблюдаются умеренно широкие (АЛ = 20—25 A) эмиссионные компоненты водородных линий (H^—Ш) и эмиссионные линии HeI ЛЛ4471, 4713, 4921, 5015 и FeII ЛЛ4551, 4581, 5169, 5268, 5323. Слабая
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
93
X, А
Рис. 1. Нормированные спектры GSC 02197—00886 для разных фаз в ночь 8/9 мая 2010 г. Спектры сдвинуты вдоль вертикальной оси на 0.1. Отмечены наиболее сильные линии и бленды.
эмиссионная линия He II Л 4686 найдена только в спектрах ночи 04.08 и блендирована линией HeI Л 4713. Двухпиковая форма профилей всех линий обусловлена их частичным формированием в аккреционном диске. Усредненная по орбитальному периоду интенсивность линий H I снизилась
в 2012 г. на 25—30%, а линий HeI — на 45—55%, свидетельствуя об уменьшении оптической толщины диска. Замедленное ослабление эмиссионных компонент линий водорода (прежде всего He) показывает, что аккреционный диск в стадии поздней релаксации в 2010 г. имел в них оптическую толщину, большую единицы. Переменность профилей всех эмиссионных линий с чередующимся усилением красного и синего пиков отражает существование не менее двух излучающих областей: протяженной и практически однородной дисковой структуры и яркого, компактного региона со скоростью движения не менее Vr = 300 кмс_1. В наблюдениях 2012 г. амплитуда переменности профилей увеличилась, что вызвано уменьшением оптической толщины аккреционного диска и его вклада в полное излучение в линиях. В целом качественный анализ спектров GSC 02197—00886 в ночи 04.08 и 21.07 позволяет сделать вывод о переходе аккреционного диска в оптически тонкое состояние с очень незначительным темпом аккреции в системе.
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1
4. ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ ЛУЧЕВЫХ СКОРОСТЕЙ
Для определения лучевых скоростей мы применяли методы Шафтера [29, 30] и выборочной кросс-корреляции спектров [31]. Лучевые скорости Vr в ночь 08.05 измерялись методом кросскорреляции по абсорбционным компонентам линий H^—Ш и HeI Л4471 и отдельно по эмиссионной линии He II Л 4686. При определении смещений абсорбционных компонент учитывались интервалы спектра шириной ДЛ = 80 A, центрированные на лабораторные длины волн линий, с исключением участков шириной ДЛ = 30 A, содержащих эмиссионные компоненты. Смещение линии He II Л 4686 измерялось в пределах интервала шириной ДЛ = 40 A. В качестве спектров сравнения применялись усредненные 3—5 последовательных спектрограмм с высоким отношением S/N и слабой интенсивностью эмиссионных компонент. Далее эти спектрограммы измерялись наряду с остальными полученными спектрограммами. При анализе наблюдений ночей 04.08 и 21.07 метод Шафтера применялся для нахождения величин Vr по эмиссионным линиям H,3—Ш, HeI ЛЛ4471, 5015 и Fe II Л 5169. Предварительно спектры для этих ночей были перенормированы с проведением локального континуума по крыльям абсорбционных профилей линий H I. Расстояние между гаус-сианами, описывающими в методе Шафтера синее и красное крылья исследуемой линии, задавалось
2014
94
МИТРОФАНОВА и др.
X, А
Рис. 2. Нормированные спектры GSC 02197—00886 для разных фаз в ночи 4/5 августа 2010 г (а) и 21 июля 2012 г. (b). Спектры имеют последовательный сдвиг вдоль вертикальной оси на 1.
Таблица 3. Амплитуды лучевых скоростей K (в км с 1), определенных методами кросс-корреляции (K1), Шафтера (K2) и по картам доплеровской томографии (K3) в разные ночи наблюдений
Дата Н/3 Н7 Ш Не 14471 А Неї 5015 А Fell 5169 А Не II 4686 А
К1 08.05 124.7 ±24.8 123.2 ±20 111.1 ± 12.5 126.8 ± 15.3 81.0 ±6.5
к2 04.08 290.6 ±28.6 328.6 ±29.7 329.2 ±30.7 464.1 ±37.7 400.2 ±39.5 95.5 ± 12.3
к3 04.08 300 440 480 490 530
к2 21.07 81.4 ± 15.9 103.2 ± 17.8 275.7 ±41.2 439.5 ±32.5 511.0 ±26.5 107.2 ±0.0
к3 21.07 460 400 450 500 520 390
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
95
Рис. 3. Кривые лучевых скоростей GSC 02197—00886, полученных по абсорбционной линии H7 (a) и эмиссионной линии He II А 4686 (b) в ночь максимума вспышки 8/9 мая 2010 г.
условием минимизации ошибок определения амплитуды лучевых скоростей кругового движения.
Результаты измерений приведены в Таблицах 1 и 2 и для избранных линий на Рис. 3 и 4. Найденные амплитуды лучевых скоростей содержатся в Таблице 3. Наборы полученных лучевых скоростей аппроксимированы в рамках модели круговой орбиты.
Скорости, измеренные по всем абсорбционным линиям в спектрах вспышки, изменяются по синусоидальному закону (см. Рис. 3) с совпадающей в пределах ошибок определения амплитудой K & 121 км с-1. Изменения лучевых скоростей Vr, измеренных по линии He II Л 4686, также соответствуют круговому движению, но с амплитудой K & 81 км с-1 и опережением по фазе на Д^> & 0.25. С учетом формирования абсорбционных линий в оптически толстом диске, найденную по ним амплитуду скоростей K можно связать с орбитальным движением белого карлика. Однако заметим, что наблюдаемые профили линий H I и HeI являются суперпозицией эмиссионных и абсорбционных компонент с разными амплитудами и фазами смещений. Линия He II Л 4686 и другие эмиссии He II и C III + N III образуются в наиболее горячей области диска. В случае симметричности
формы этой области в плоскости диска ее лучевая скорость будет аналогична скорости главной компоненты. В результате измерения скорости во вспышке получено две оценки амплитуды лучевой скорости, возможно связанной с орбитальным движением белого карлика.
Лучевые скорости, измеренные по эмиссионным линиям в стадии поздней релаксации и спокойном состоянии, имеют отклонения от модели кругового движения, особенно заметные в ночь 04.08 (см. Рис. 4). Они отличаются резким переходом от больших положительных значений к отрицательным с последующим ростом по закону, близкому к синусоидальному. Аналогичное изменение скоростей наблюдается в системах с большим эксцентриситетом (невозможным для GSC 02197—00886) или при попадании области формирования линий в частичное или полное затмение. Как видно из представленных в литературе [24, 25] кривых блеска, в системе отсутствует затмение главной компоненты и аккреционного диска. Таким образом, затмеваемой областью образования эмиссионных линий может быть облучаемая часть поверхности вторичной компоненты или горячая струя, оттекающая от нее в районе первой точки Лагранжа. Справедливость этого предположения будет рассмотрена ниже. Как видно из Таблицы 3, получен-
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1
2014
96
МИТРОФАНОВА и др.
150 —1 г 1 ' 1 ' 1— У *\ w • • ' 1 (а)
•
'« 0 Є • \ • -
1 сл о •
• / •
-300 • • • / /т • •
0.0 0.2 0.4 0.6 Ф 0.8 1.0
400 • • • ^ _ (с)';
200 / • \ -
Ї ° \* -
-200 • / -
-400 / • -
-600 • \ • ч* * , \ • щ/ 1%
0.0 0.2 0.4 0.6 Ф 0.8 1.0
400 • • • (е);
200 / • \ -
Е ° \* -
-200 • / -
-400 / • -
-600 • \ • . • \ * /• '• ■
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Ф
Ф
Ф
Ф
Рис. 4. Кривые лучевых скоростей GSC 02197—00886, измеренные по эмиссионным линиям H7 (a, b), He I Л4471 (c, d), He I Л 5015 (e) и Fe II Л 5169 (f) в ночи 4/5 августа 2010 г. (левая колонка) и 21/22 июля 2012 г. (правая колонка).
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
97
ные лучевые скорости по разным линиям имеют большой разброс амплитуд. Линии He I в целом показывают близкие амплитуды K & 450 ± 40 км с-1 в обе ночи наблюдений. Смещения линий H I в ночь
04.08 соответствовали амплитуде кругового движения K & 310 км с-1, но в спокойном состоянии она уменьшилась для линий HP и H7 примерно на 200 км с-1. Найденная по этим линиям в ночь 21.07 амплитуда K & 100 км с-1 хорошо соответствует результатам, полученным для обеих ночей по линии Fe II Л 5169. Приведенные значения амплитуд и их изменения, а также изменения в спектрах, позволяют предположить, что наблюдаемые эмиссионные линии формировались, как минимум, в двух областях (аккреционном диске и на поверхности вторичной компоненты) с изменяющимся вкладом в образование линий разных элементов. Подробный анализ конфигурации этих областей будет сделан при описании результатов доплеровской томографии системы, а возможность использования полученных амплитуд лучевых скоростей для описания движения компонент GSC 02197—00886 исследована при определении ее параметров (см. ниже).
5. ДОПЛЕРОВСКАЯ ТОМОГРАФИЯ
Доплеровское картирование GSC 02197—00886 выполнено нами для ночей 04.08 и 21.07 с использованием программного комплекса Шпруита [32], реализующего метод минимизации энтропии, с анализом всех наблюдаемых эмиссионных линий H I, HeI и FeII. Карты, полученные по линиям HI, представлены на Рис. 5, а по линиям He I и Fe II — на Рис. 6.
В спектрах 04.08 излучение в линиях водорода формируется в однородной, аморфной дисковой структуре с внутренним радиусом около Vcirc = 900 км с-1 и с размытой внешней границей. Высокая яркостная однородность диска в линиях H I (прежде всего в HP) подтверждает вывод о его большой оптической толщине в них. Одновременно, как видно на Рис. 5c и 5e, в системе находилось значительное количество вещества (с V < 250 км с-1), излучающего в линиях H7 и Ш. В результате мы пришли к выводу, что в стадии поздней релаксации GSC 02197—00886 была погружена в расширяющуюся оболочку с температурой газа 9000 K < Teff < 11000 K, оцененной из факта ее невидимости в линиях HeI (см. Рис. 6). Яркое пятно с блеском менее 25% от интегральной светимости диска, расположенное в области Vx = 350—450 км с-1, наблюдается на картах, полученных по линиям H^ и H7. В картах для линий HeI ЛЛ4471, 5015 (см. Рис. 6) это пятно занимает аналогичное положение Vx & 500 км с-1, но доминирует в излучении
системы вследствие низкой яркости ее дисковой структуры. Аккреционный диск в линиях HeI имеет четкие внутреннюю (Vcirc = 1300 км с-1) и внешнюю (Vcirc = 600 км с-1) границы, практически однороден в более сильной линии HeI Л4471 и имеет флуктуации яркости в более слабой HeI Л5015. Отмеченные флуктуации сосредоточены в основном на внешней границе диска, по своей форме не соответствуют волне плотности в диске и, вероятно, являются результатом его гидродинамических возмущений после взаимодействия с перетекающим веществом холодной звезды. В линии Fe II Л 5169 границы яркого диска четко выражены и имеют скорости кругового движения Vcirc = 900 км с-1 и Vcirc = 300 км с-1. Отличием томограмм в этой линии является существование второго яркого пятна с координатами Vx = —380 кмс-1, Vy = —330 км с-1, т.е. отстоящего от основного пятна на Аф & 145° и имеющего близкую скорость кругового движения. Как показано в расчетах Бисикало и др. [33], природа подобного пятна, возможно, связана с повторным ударом в диск струи от аккретора, если в результате их первого взаимодействия часть ее вещества была отражена диском.
Томограммы, полученные по наблюдениям в ночь 21.07, однозначно указывают на дальнейшее понижение оптической толщины аккреционного диска во всех линиях. Карты, построенные по линиям HI (см. Рис. 5b, 5d, 5f), указывают, что аккреционный диск становится умеренно ярким с границами на Vcirc = 800 кмс-1 и Vcirc = 500 кмс-1. Он однородный в наиболее сильной линии H^ и имеет нарастающие неоднородности с ослаблением линии. Яркое пятно с координатами Vx = —400 кмс-1, Vy = 200 кмс-1, очевидно, соответствует основному пятну в томограммах ночи 08.04. Отметим, что вклад данного пятна в полное излучение в линиях H I оказался сравним с интегральным вкладом диска, а вклад стационарной общей оболочки стал незначительным. Одновременно в линиях H I в ночь 21.07 наблюдается второе пятно яркости, аналогичное пятну в линии Fe II для ночи 08.04. Появление этого пятна в линиях H I с его одновременным ослабеванием в линии Fe II (см. Рис. 6f) говорит о понижении температуры газа в зоне вторичного взаимодействия диска и аккрецирующей струи. Объяснение этого явления требует специализированных расчетов, но, вероятно, оно вызвано уменьшением доли вещества, отраженного от диска при первом ударе струи. В линиях HeI и Fe 11 дисковая структура оказывается слабо выраженной, сильно неоднородной и имеет границы на Vcirc = 900 кмс-1 и Vcirc = 500 кмс-1, т.е. близкие к границам для линий H I. Флуктуации яркости в
7 АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
98
МИТРОФАНОВА и др.
Рис. 5. Доплеровские карты GSC 02197—00886, построенные по линиям Нв (a, b), H7 (c, d) и Ш (e, f) в ночи 4/5 августа 2010 г. (левая колонка) и 21/22 июля 2012 г. (правая колонка). Масштаб — 100 км с-1.
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
99
Рис. 6. Доплеровские карты GSC02197—00886, построенные по линиям HeI А4471 (a, b), HeI А5015 (c, d) и Fe II А 5169 (e, f) в ночи 4/5 августа 2010 г. (левая колонка) и 21/22 июля 2012 г. (правая колонка). Масштаб — 100 км с-1.
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
7
100
МИТРОФАНОВА и др.
диске не совпадают в томограммах, построенных по разным линиям, и не подтверждают наличие в нем волн плотности. Яркое пятно, наблюдаемое в линиях HeI, по координатам полностью соответствует пятну в линиях H I.
Резюмируя результаты доплеровской томографии GSC 02197—00886, можно сделать вывод о наличии в ней следующих источников излучения в эмиссионных линиях.
(1) Аккреционный диск, оптически толстый только в линиях H I в стадии поздней релаксации. При переходе системы в спокойное состояние поверхностная яркость диска падала с сохранением радиуса его внешней границы и увеличением радиуса внутренней границы, существенным в линиях HeI. Возникающие при этом флуктуации яркости не имели систематического характера, т.е. в диске отсутствовали волны плотности.
(2) В томограммах видна умеренно холодная, оттекающая общая оболочка системы, регистрируемая только в линиях H I в стадии поздней релаксации.
(3) Основное яркое пятно, видимое во всех линиях, вероятно, связано с облучением рентгеновским источником 1RXS J213807.1+261958 поверхности вторичной компоненты. Как показано в работе Ивановой и др. [34], такие эффекты наиболее сильны для атомов и ионов с высокими потенциалами ионизации, что хорошо согласуется с максимальной яркостью пятна в линиях HeI.
(4) Второе пятно яркости, излучающее в линиях H I и FeII с невысокими потенциалами возбуждения энергетических уровней, вероятно, образовано ударным взаимодействием диска и аккрецирующей струи.
Формирование основного яркого пятна на поверхности вторичной компоненты позволяет оценить амплитуду скорости ее орбитального движения по измерениям доплеровских карт. Значения амплитуды найдены нами по разным линиям для центра пятна, описываемого двумерной гауссианой, и представлены в Таблице 3. Для линий HeI эти значения в пределах ДК = 100 км с-1 совпадают с данными, найденными методом Шаф-тера. Близкие значения (с различиями менее ДК = 70 км с-1) получены по картам для всех линий HI (кроме H@ в ночь 04.08) и FeII. Таким образом, область главного яркого пятна является компактной и оптически толстой для линий элементов с существенно разными потенциалами ионизации, т.е. внутри пятна имеются большие градиенты электронной температуры и плотности газа, что подтверждает предположение о его нахождении на поверхности вторичной компоненты.
6. МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕКТРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
Представленные в Таблице 3 амплитуды лучевых скоростей GSC 02197—00886 характеризуются большой вариацией значений и в ряде случаев не связаны с орбитальным движением компонент системы. В частности, амплитуда К1 = 121.4 ± 6.4 км с-1, полученная по абсорбционным линиям во вспышке, задает функцию масс вторичной компоненты на уровне F(M2)= 0.0096 ± 0.0020 MQ. В результате при любой оценке амплитуды К2 не выполняется условие sin i < 1. Часть амплитуд, полученных по эмиссионным линиям, отражает движение аккреционного диска или перетекающей на него горячей струи и не может использоваться для описания движения вторичной компоненты.
В итоге определение физических параметров GSC 02197—00886 выполнено нами численным моделированием ее спектров. Как отмечено выше, в спектрах системы в фазах релаксации и спокойного состояния доминирует излучение остывающего белого карлика с плоским континуумом и широкими абсорбционными линиями H I. Поэтому мы провели согласование теоретических и наблюдаемых профилей этих линий, что дало параметры атмосферы белого карлика. Дополнительно мы определили параметры атмосферы для области аккреционного диска, доминирующей в оптическом излучении вспышки GSC 02197—00886, путем согласования ее теоретических и наблюдаемых спектров в ночь 08.05.
Предварительно с применением программного комплекса ATLAS 12 [35] в версии, адаптированной для персональных компьютеров и любезно предоставленной нам В. В. Цимбалом, мы рассчитали сетки гидростатических, плоскопараллельных моделей атмосфер белых карликов с параметрами: Teff = 10 000—90 000 K с шагом ДТед = 2000 K, log д = 6.5—9.5 с шагом Дк^д = 0.25, при [He/H] = —3 dex и
[M/H] = —5 dex. Одновременно была получена сетка моделей атмосфер голубых субкарликов солнечного химического состава с параметрами: Teff = 30 000-60 000 K с шагом ДТеЯ = 5000 K, logд = 5.0-6.5 с шагом Дк^д = 0.5. Расчет синтетических спектров этих атмосфер проведен с использованием программного комплекса SYNTH [36], частично модернизированного в [37]. При моделировании спектров учитывались все источники непрерывного поглощения, линии HI, HeI, HeII с уширением согласно теориям Вайдл-Куппер-Смитта [38] и Грима [39], а также линии тяжелых элементов из списков [40]. Шкала солнечных содержаний химических элементов бралась из работы Андерса и Гревесса [41].
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
101
При согласовании наблюдаемых и теоретических спектров исключались участки, содержащие все эмиссионные линии и эмиссионные компоненты сложных линий. Ширина таких участков
составляла АЛ = 80 A для наблюдений 04.08,
21.07 и АЛ = 30 A для наблюдений 08.05, а их центрами считались лабораторные длины волн соответствующих линий. Оптимальное согласие спектров определялось минимальностью среднеквадратичных уклонений теоретических и наблюдаемых потоков в диапазоне длин волн Л = 4060—5100 A. Данные ночей 04.08 и 21.07 анализировались совместно с учетом требования постоянства силы тяжести на поверхности белого карлика. Результаты согласования спектров представлены на Рис. 7. Очевидно, что для спокойного состояния нами достигнуто удовлетворительное описание широких абсорбционных профилей линий HI, особенно хорошее для ночи 21.07 с меньшей интенсивностью эмиссионных компонент. Сила тяжести на поверхности белого карлика составила log g = 8.25 ± 0.10, а его эффективная температура понижалась от Teff = 24000 ± 1500 K для ночи 04.08 до Teff = 18000 ± 1000 K для ночи
21.07. При исследовании эволюции ультрафиолетовых спектров WZ Sge Годон и Сион [12] показали уменьшение температуры белого карлика от Teff w 25 000 K через 100 дней после вспышки до Teff 17 500 K через 400 дней, что хорошо соот-
ветствует нашим оценкам для GSC 02197—00886. Этот факт подтверждает сделанный ранее вывод о доминировании излучения белого карлика в оптических спектрах системы на поздних стадиях релаксации.
С использованием найденных параметров атмосферы белого карлика и теоретических моделей Паней и др. [42] мы определили его массу Mi = 0.74 ± 0.03 Mq и радиус R1 = 0.0105 ± 0.0010 Rq в предположении доминирования кислорода в ядре звезды. Отметим, что применение моделей с доминированием углерода изменяет наши оценки массы не более чем на AM = 0.02 Mq.
Моделирование спектров GSC 02197—00886 в ночь 08.05 определяет параметры атмосферы основной излучающей области как logg = 6.0 ± 0.2, Teff = 45000 ± 3000 K и позволяет аккуратно описать практически все наблюдаемые абсорбционные детали. Значение logg = 6.0 в комбинации с массой белого карлика дает оценку верхнего предела радиуса излучающей области аккреционного диска на уровне Rad = 0.14 Rq . Таким образом, в фазе вспышки GSC 02197—00886 ее наблюдаемый абсорбционный спектр формировался в области аккреционного диска, максимально приближенной к поверхности белого карлика, т.е. внешние зоны
диска оставались оптически тонкими. При вычитании теоретических потоков из наблюдаемых в ночь 08.05 (см. Рис. 7a) был получен эмиссионный спектр системы не искаженный абсорбционными деталями и содержащий линии H I, He I, He II, C II, CIII, NIII, OII и SiIV. Высокие потенциалы возбуждения уровней, соответствующих линиям He II и N III, при доминировании последних над линиями HI и HeI, свидетельствуют об электронной температуре излучающей плазмы Teff w 100 000 K, которая характерна для области пограничного слоя между аккреционным диском и белым карликом. Поэтому мы пришли к выводу, что наиболее корректная оценка скорости движения белого карлика, вероятно, может быть сделана по эмиссионной линии He II Л 4686.
Для определения параметров вторичной компоненты использовалась связь радиуса ее полости Роша Rrl2, ее массы M2 и орбитального периода системы [43]:
(Rrl2/Rq)3 (М2/М0)
7.5807 Po2rb.
(1)
Считая для полуконтактных систем Rrl2 = R2 и используя значение Porb = 0d05435 [25] совместно с эволюционными треками маломассивных звезд Главной последовательности солнечного химического состава [44], мы вычислили значения M2 = 0.13 Mq и R2 = 0.14 Rq . В результате отношение масс компонент GSC 02197—00886 оценивается нами как q = M2/M1 = 0.17, а большая полуось ее орбиты A = 0.575 ± 0.006 Rq. Итоговый набор параметров GSC 02197—00886 представлен в Таблице 4.
Используя все известные параметры системы, можно найти возможные (с точностью до неизвестного sin i) величины функций масс компонент (/(Mi) = 0.535 (sin i)3, f (M2) = 0.0029 (sin i)3) и амплитуд лучевых скоростей их орбитального движения (K1/sin i = 80 ± 2 км с_1, K2/ sin i = 455 ± 8 кмс-1). Полученные теоретические оценки амплитуд (с дополнительным предположением i > 70° [25]) имеют близкие аналоги среди представленных наблюдаемых значений. Например, амплитуда движения белого карлика хорошо совпадает с найденной по эмиссионной линии He II Л 4686 в данных ночи 08.05, что подтверждает сделанное нами ранее предположение о ее формировании в области пограничного слоя. Амплитуда движения вторичной компоненты в пределах ошибок определения согласуется с величинами, измеренными методом Шафтера по линиям HeI ЛЛ 4471, 4921 в спектрах ночей 04.08 и 21.07. Таким образом, использование линий HeI в спектрах релаксации и спокойного состояния
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1
2014
102
МИТРОФАНОВА и др.
X, А
Рис. 7. Сравнение наблюдаемых (сплошные линии) и теоретических (пунктирные линии) спектров GSC 02197—00886 в ночи 8/9 мая 2010 г. (a), 4/5 августа 2010 г. (b) и 21/22 июля 2012 г. (c). На панели (a) внизу показан результат вычитания теоретических спектров из наблюдаемых.
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
103
системы позволяет корректно определить лучевые скорости движения вторичной компоненты.
В целом, полученные нами параметры GSC 02197—00886 совпадают со средними для карликовых новых. В новейшем каталоге Риттера и Колба [45] представлены параметры только двух систем типа WZ Sge, по ним средние значения M1 = 0.85 ± 0.04 Mq и М2 = 0.078 ± 0.006 Mq. Для близкого класса переменных типа SUUMa по 34 системам средние оценки масс компонент М1 = 0.76 ± 0.19 Mq, M2 = 0.12 ± 0.04 Mq. Ограничение данного списка 17 системами с орбитальными периодами, близкими к GSC 02197—00886, уменьшает эти значения до M1 = 0.69 ± 0.19 Mq, M2 = 0.10 ± 0.04 Mq. Таким образом, набор параметров GSC 02197—00886 не противоречит ее принадлежности к звездам типа WZ Sge.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ спектров GSC 02197—00886 за 2010—2012 гг. показал, что ее эволюция соответствует современным представлениям о физике звезд типа WZ Sge. В максимуме вспышки система имела оптически толстый аккреционный диск с температурой основного излучающего слоя Teff & 45 000 K и радиусом менее Rad = 0.14 Rq . Наличие в спектрах вспышки эмиссионных линий ионов гелия и элементов группы CNO говорит о том, что часть наблюдаемого излучения формировалась в более горячей области, максимально приближенной к поверхности белого карлика, т.е. в пограничном слое. Последующая эволюция системы протекала с непрерывным уменьшением оптической толщины диска, сопровождаемой на первых этапах увеличением радиуса его внутренней границы и исчезновением горячего пограничного слоя. В результате в течение 24 суток после вспышки равномерно понижались блеск системы и амплитуда сверхгорбов. Резкое падение блеска в начале июня 2010 г. на Дшу & 2m—2.2m, очевидно, вызвано переходом диска в оптически тонкое состояние и началом доминирования излучения белого карлика. Мы полагаем, что одновременный рост амплитуды орбитальной переменности блеска связан с изменением природы ее формирования. Согласно наблюдениям [25], орбитальная кривая блеска GSC 02197—00886 через 25—33 дня после резкого падения яркости приобрела синусоидальную форму, что соответствует действию эффектов отражения в тесных двойных системах. Эффективная температура белого карлика в этот момент заметно превышала значение Teff = 24 000 K, полученное нами для ночи 04.08. Поэтому основным механизмом генерации орбитальной переменности
Таблица 4. Параметры GSC 02197—00886
Компонента
Главная Вторичная
РотЪ-, d 0.05435 ±0.000002*
HJDmax 2455332.4152*
К,км с-1 85 ± 10 480 ± 30
q 0.17 ±0.02
Дя, К 24000 ± 1000 ** 18000 ± 1000*** «3200
logs' 8.25 ±0.10 5.26 ±0.06
M/Mq 0.74 ±0.03 0.13 ±0.02
R/Rq 0.0105 ±0.0010 0.14 ±0.02
A/Rq 0.575 ±0.006
% -I О 0 1 OO 0 0
Notes: * Данные Хохола и др. [25].
** Значение 04.08.2010.
*** Значение 21.07.2012.
блеска являлась переработка мягкого ультрафиолетового излучения главной компоненты на поверхности спутника. Последующее остывание белого карлика приводило к медленному понижению светимости системы и более быстрому (пропорционально Teff) уменьшению эффектов отражения и амплитуды орбитальной переменности блеска. При прохождении стадии поздней релаксации аккреционный диск последовательно становился оптически тонким во все более сильных линиях, и в спокойном состоянии доминировало только излучение в линиях HP и H7. Основная часть излучения остальных линий формировалась на поверхности вторичной компоненты вследствие флуоресценции из-за облучения рентгеновским потоком от источника 1RXS J213807.1+261958. Резюмируя наш анализ эволюции GSC 02197—00886 после вспышки, следует сделать вывод о практически полной потере диском аккрецируемого вещества, обусловленной прекращением его переноса с поверхности вторичной компоненты. Таким образом, наши результаты соответствуют модели вспышки карликовых новых, предложенной в работе Хамеури и др. [6]
Особую важность для будущих исследований карликовых новых типа WZ Sge имеет вывод о доминировании в оптическом спектре спокойного состояния GSC 02197—00886 излучения белого карлика. В результате становится возможным прямое
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1
2014
104
МИТРОФАНОВА и др.
определение параметров белых карликов в таких системах путем применения предложенного нами метода моделирования непрерывных спектров и абсорбционных профилей линий H I и их сравнения с наблюдаемыми. Косвенным подтверждением сделанного нами вывода является совпадение оценок скорости охлаждения белых карликов в GSC 02197—00886 (в данной работе) и WZ Sge в [12]. Отметим, что авторы [12] исследовали спектры в ультрафиолетовом диапазоне, где коэффициент поглощения излучения белого карлика веществом диска должен быть на несколько порядков выше, чем в оптической области, и может серьезно искажать результаты. Поэтому анализ оптических спектров является более перспективным при определении параметров главных компонент и систем в целом. Для проверки корректности этого вывода и эффективности метода определения параметров необходимо получение и анализ серии высококачественных спектров систем типа WZ Sge и родственных им карликовых Новых типа SUUMa в спокойном состоянии.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы выражают свою признательность Комитету по тематике больших телескопов РАН за поддержку наших исследований. Особо благодарим М. М. Габдеева за полезное обсуждение результатов и В. В. Цымбала за предоставление программного комплекса по расчету моделей атмосфер одиночных звезд. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Академии наук Республики Татарстан (проект 12—02—97006—a). А. А. Митрофанова благодарит РФФИ за финансирование работ по программе мобильности молодых ученых (проект 13-02-90726-мол-рф-нр). Наблюдения на 6-метровом телескопе БТА проводятся при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской федерации (госконтракты
14.518.11.7070, 16.518.11.7073).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. D. A. Yi and H. Yamaoka, Central Bureau Electronic Telegram No. 2273, 1 (2010).
2. J. Patterson and H. Richman, Publ. Astronom. Soc. Pacific 103,735(1991).
3. T. Kato, Publ. Astronom. Soc. Japan 48, 777 (1996).
4. J. Patterson, G. Masi, M. W. Richmond, et al., Publ. Astronom. Soc. Pacific 114, 721 (2002).
5. R. Matsui, M. Uemura, A. Arai, et al., Publ. Astronom. Soc. Japan 61, 1081 (2009).
6. J.-M. Hameury, J.-P. Lasota, and B. Warner, Astronom. and Astrophys. 353, 244 (2000).
7. Y. Osaki, ASP Conf. Ser. 245, 57 (2001).
8. D. Crampton, J. B. Hutchings, and A. P. Cowley, Astrophys. J. 234, 182(1979).
9. N. F. Voikhanskaya, Sov. Astron. 27,541 (1983).
10. W. Skidmore, E. Mason, S. B. Howell, et al., Monthly Notices Royal Astronom. Soc. 318, 429 (2000).
11. K. S. Long, E. M. Sion, B. T. Gansicke, and P. Szkody, Astrophys. J. 602, 948 (2004).
12. P. Godon, E. M. Sion, F. Cheng, et al., Astrophys. J. 642, 1018 (2006).
13. D. Nogami, K. Hiroi, Y. Suzuki, et al., ASP Conf. Ser. 404, 52 (2009).
14. S. Kitsionas, O. Giannakis, E. T. Harlaftis, et al., Rev. Mex. Astron. Astrophys. 20, 234 (2004).
15. M. Uemura, T. Kato, T. Ohshima, and H. Maehara, Publ. Astronom. Soc. Japan 64, 92 (2012).
16. S. Nakano and K. Kaneko, Central Bureau Electronic Telegram No. 2274, 1 (2010).
17. H. Yamaoka and K. Itagaki, Central Bureau Electronic Telegram No. 2274, 2 (2010).
18. A. Henden, Central Bureau Electronic Telegram No. 2274, 3(2010).
19. C. B. Haakonsen and R. E. Rutledge, Astrophys. J. Suppl. 184,138(2009).
20. K. Itagaki, S. Kaneko, D. A. Yi, and P. Camilleri, Central Bureau Electronic Telegram No. 2274, 5
(2010).
21. M. L. Graham, H. Broekhoven-Fiene, A. H. Parker, et al., IAU Circular No. 2274, 6 (2010).
22. G. Tovmassian, D. Clark, and S. Zharikov, IAU Circular No. 2283, 1 (2010).
23. R. Hudec, Astron. Tel. No. 2619, 1 (2010).
24. T. Kato, H. Maehara, M. Uemura, et al., Publ. Astronom. Soc. Japan 62, 1525(2010).
25. D. Chochol, N. A. Katysheva, S. Yu. Shugarov, et al., Contrib. Astron. Obs. Skalnate Pleso 42, 39 (2012).
26. R. Poggiani, New Astronomy 19, 62(2013).
27. V L. Afanas’ev and A. V Moiseev, Astronomy Letters 31, 194(2005).
28. R. C. Bohlin, Astronom. J. 111,1743(1996).
29. A. W. Shafter, Astrophys. J. 267,222(1993).
30. D. G. Yakin, V F. Suleimanov, N. V. Borisov, et al., Astronomy Letters 37,845(2011).
31. V V Shimanskii, N. V Borisov, N. A. Sakhibullin, and
A. E. Surkov, Astronomy Reports 48, 563 (2004).
32. H. C. Spruit, arXiv:astro-ph/9806141 (1998).
33. D. V. Bisikalo, A. A. Boyarchuk, A. A. Kilpio, and
0. A. Kuznetsov, Astronomy Reports 45, 676 (2001).
34. D. V Ivanova, N. A. Sakhibullin, and
V. V. Shimanskii, Astronomy Reports 48, 476
(2004).
35. R. L. Kurucz, Mem. della Soc. Astron. Italiana Suppl. 8, 14 (2005).
36. N. E. Piskunov, in Proc. Int. Conf. on Stellar Magnetism, Ed. by Yu. V. Glagolevskij and
1. I. Romanyuk (Nauka, St. Petersburg, 1992),
p. 92.
37. N. N. Shimanskaya, I. F. Bikmaev, and
V V Shimansky, Astrophysical Bulletin 66, 332
(2011).
38. C. R. Vidal, J. Cooper, and E. W. Smith, Astronom. and Astrophys. Suppl. 25, 37 (1973).
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ том 69 №1 2014
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ КАТАКЛИЗМИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ GSC02197-00886
105
39.
40.
41.
42.
H. R. Griem, Astrophys. J. 132, 883 (1960).
R. L. Kurucz, CD-ROMs (Smithsonian Astrophysi-cal Observatory, Cambridge, MA, 1994).
E. Anders and N. Grevesse, Geochimica et Cosmochimica Acta 53, 197 (1989).
J. A. Panei, L. G. Althaus, and O. G. Benvenuto, Astronom. and Astrophys. 353, 970 (2000).
43. C. Knigge, Monthly Notices Royal Astronom. Soc. 373, 484 (2006).
44. L. Girardi, A. Bressan, G. Bertelli, and C. Chiosi, Astronom. and Astrophys. Suppl. 141, 371 (2000).
45. H. Ritter and U. Kolb, VizieR On-line Data Catalog
(2011).
Analysis of Cataclysmic Variable GSC 02197—00886 Evolution A. A. Mitrofanova, N. V. Borisov, V. V. Shimansky
Wepresentthe spectral analysis of the physical state and evolution of the WZ Sge-type cataclysmic variable GSC 02197—00886. The spectra of the system, covering the total orbital period at the time of the outburst on May 8, 2010, at the late relaxation stage, and in the quiescent state, were obtained at the SAO RAS
6-m BTA telescope in 2010—2012. From the absorption and emission H I, Hel, and Fell lines, we have determined the radial velocities for all the nights of observations and constructed the maps of Doppler tomography for the quiescent state. It was found that during the outburst the spectra of the object were formed in an optically thick accretion disk with an effective temperature of Teff « 45 000 K and in a hotter boundary layer. During the relaxation of the system, the accretion disk gradually became optically thinner in the continuum and in the emission lines. In the quiescent state (July 2012), the continuous spectrum was dominated by the radiation of the cooling white dwarf with Teff = 18 000 K. The emission lines are formed on the surface of the cool star by the X-ray irradiation of the 1RXS J213807.1+261958 source. We propose a method for determining the parameters of the white dwarf, based on the numerical modeling of the system spectra in the quiescent state and their comparison with the observed spectra. It is shown that the effective temperature of white dwarf has decreased by ATeff = 6000 K during the relaxation from August 2010 to July 2012. We have obtained a set of parameters for GSC 02197—00886 and shown their good agreement with the average parameters of the WZ Sge-type systems, presented in the literature.
Keywords: novae, cataclysmic variables—stars: dwarf novae—stars: individual: GSC 02197-00886
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ
том 69
№ 1
2014
