食を用いたIW And型矮新星のアウトバースト機構の検証
京都大学
宇宙物理学教室
M1

理学研究科
可視恒星グループ柴田真晃

反保雄介、小路口直冬、若松恭行、木邑真理子、磯貝桂介、野上大作、加藤太一

2021/1/30 連星系・変光星研究会

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矮新星(Dwarf Novae)• 白色矮星(主星)と低質量星(伴星)からなる
近接連星系• 主星の周囲に降着円盤(accretion disk)が形成
outburst

低質量星(伴星)©Kepler

Bright spot
降着円盤 白色矮星(主星)©NAOJ
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outburst

矮新星の分類• SS Cyg型
典型的な矮新星
outburstを起こす• Z Cam型
outburstの他に中間光度にとどまる時期(standstill)がある• SU UMa型
outburstに加えてsuperoutburstを起こす
2021/1/30 連星系・変光星研究会standstill

Kato+2004

superoutburst©Kepler

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アウトバースト機構©Kepler

C D
質量輸送率(𝑴̇ 𝒕𝒓 )A
質量降着率(𝑴̇ 𝒂𝒄𝒄 )B
Time[days]©NAOJ

熱的不安定性(thermal instability)• 降着円盤の不安定によって増光• 質量降着= “重力エネルギー”の解放→ 熱+放射エネルギーに変換• B → Cになった時outburst• D → Aで静穏期に戻る
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𝑴̇ 𝒕𝒓

温度

𝑀̇
常に高温

𝑴̇ 𝒕𝒓
𝑴̇ 𝒕𝒓

Hellier-Cataclysmic variable stars(2001)

質量
降
着率

常に低温

面密度

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IW And型矮新星“Z Cam型矮新星”
Ø standstill → fadingØ 非周期的な変動

等級[mag]Hellier-Cataclysmic variable stars(2001)

10standstill

12140

fading100Z Cam型

200 300

400500 600 700 800 900

Time[days]

brightening“IW And型矮新星”
Ø standstill → brighteningØ 周期的な変動

standstill

近年, 認知された矮新星の新damping oscillations

たな挙動(Simonsen 2011)

IW And型©Kepler
0100

200300 400

500600700800 900

Time[days]

まだIW And型の光度変動の機構はわかっていない
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IW And型矮新星のシナリオ(i)円盤内の輝度変化シナリオ(ii)質量輸送率の変動シナリオ
Hameury & Lasota (2014)
質量輸送率の急激な増加

Kato (2019)©Kepler©Kepler
020406080

1001200

Time[days]

hot inner disk

hot inner disk

cool outer disk
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20406080100120Time[days]

hot diskvery hot disk

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(i)円盤内の輝度変化シナリオ(DI シナリオ)
Kato (2019)

・質量輸送率は一定とする

outburst開始時に円盤半径が増加
standstill期間中に円盤半径は増加した と考えられている©Kepler
020406080100120

Time[days]

hot inner disk

hot inner disk

cool outer disk
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何らかの原因で円盤内側まで質量輸送が届く→ 円盤内側は常に高温状態
円盤外側で熱的不安定性によりoutburstが起こる

hot outer disk

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NY Ser

0.1 0.3 0.5 31 33 35

standstill期間中に円盤半径は増加したと考えられている

0 0.5 1.0

disk内の質量 円盤半径/a

光度• standstill → superoutburstを経験した唯一の天体• standstill期間中に円盤半径が増加する着想を得た

0(SO=スーパーアウトバースト)

50

100150200 250300

350400Time[days] 天文月報 2000年7月

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Kato+2019
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(i)傾いた円盤(tilted disk)シナリオ(TD シナリオ)
Kimura et al. (2020)

観測©Kepler
020406080

100

Time[days]

伴星

2021/1/30 連星系・変光星研究会(𝑎:連星間距離)45

主星standstill670.380.37

数値計算

0.360.35

tilted disk

Not tilted disk

主星

120

円盤半径/ 𝒂 等級[mag]outburst開始時に円盤半径が増加

伴星

050

Time[days]

100150Kimura+2020A

standstill期間中に円盤半径は減少
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(ii)質量輸送率の変動シナリオ(MTB シナリオ)
Hameury & Lasota (2014)10!%[シミュレーション結果]

%𝟏
̇
𝑴[𝒈𝒔]

質量輸送率

10!$

質量輸送率の急激な増加

質量降着率10!#outburst
開始時に円盤半径が急激に減少©Kepler
020406080

Time[days]

100120等級[mag]10!"68100standstill

204060Time[days]
hot diskvery hot disk

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恒星において、周期的な質量放出現象は観測されていない→周期的な変動を説明することは困難(Hameury & Lasota 2014) 10/19

矮新星の食
McAllister et al.(2019)
主星
伴星

伴星
Bright spot

降着円盤
主星

0.00

-0.15-0.10-0.050.00

位相0.05

降着円盤
Bright spot

観測者

ロッシュローブ半径0.10・矮新星の食は4成分からなる・PHOEBE*により主星・伴星成分を除去
・Bright spotの寄与は考慮せず⇒ 降着円盤の食 のみを考慮
Ø PHOEBE: 連星の光度曲線を生成するコード(http://phoebe-project.org/)
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主星・伴星成分• 食の円盤成分のみを取り出すため、事前に主星・伴星成分を差し引いた
生データ
光度・伴星有効温度: 5300 K(Thoroughgood+2004)
・主星有効温度: 50000 K©PHOEBE

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主星・伴星成分12/19

食のモデル化(eclipse modeling)
パラメータ：(𝑖, 𝑞, 𝛼, 𝑅)の4つ
𝑖: 軌道傾斜角𝑞: 質量比(=伴星質量/主星質量)
𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝑙𝑎𝑤: 𝑇 ∝ 𝑅 %(𝛼 = −0.75 @標準円盤)
𝑅: 円盤半径→ 𝑖, 𝑞の値は各天体の系により一定なので固定→ 𝑅, 𝛼の2変数で𝑀𝐶𝑀𝐶*→ 定性的な𝑹の変化 を観察

主星
伴星
観測者

降着円盤

ロッシュローブ半径

𝑹に依存

𝜶に依存

Ø 𝑀𝐶𝑀𝐶 : マルコフ連鎖モンテカルロ法
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解析天体：AC Cnc• ASAS-SN, CRTS, Pan-STARRS, ATLAS, ZTF, Keplerのデータを集計• KeplerのK2 missionにより密なデータ
brightening
standstill2021/1/30 連星系・変光星研究会

生データ

トレンド

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結果
standstillbrightening

ロッシュローブ半径(𝑹𝒓𝒐𝒄𝒉𝒆 )tidal truncation radius(黄)2021/1/30 連星系・変光星研究会

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考察
• standstill期の円盤半径変化
standstill期間中に半径は増加していく(i)DIシナリオを支持する

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考察

Flat-topped outburst: standstill期間中で円盤が大きくなったため、それ以上大きくなれずtidal truncation radiusにとどまる• outburst期の円盤半径変化

円盤半径/ 𝒂光度

Normal outburst: 通常のoutburstと同様の半径変化

Time[days]
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食の観測によるシナリオの制限(A) standstill期の円盤半径変化

AC Cnc(i)DIシナリオ

増加○(ii)MTBシナリオ

一定?

?

(i)TDシナリオ

減少✖

(B) outburstの開始時の円盤半径変化

AC Cnc(i)DIシナリオ

増加○(ii)MTBシナリオ減少✖

(i)TDシナリオ増加○

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まとめ
• 近年認知された矮新星の新たな振る舞い= IW And型矮新星→ 2つのシナリオが提唱されている(i) 円盤の輝度変化シナリオ（DIシナリオ）(ii) 質量輸送率の変動シナリオ（MTBシナリオ）→ 円盤半径が異なる変化をすると推測
・まだ1天体で確かめられたに過ぎない・IW And型矮新星のoutburstは新たな機構の可能性→ 他天体で同様の解析を行うことで、さらなる制限をかけたい
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