標準進化モデルと異なる激変星の進化経路の理解
京都大学 修士2回 伊藤潤平
共同研究者: 反保雄介、小路口直冬、磯貝桂介、野上大作、加藤太一 (京都大学)
VSNET Collaborations

2022/7/28 激変星研究会 2022 in Kyoto

本日の流れ1. Introduction of CV evolution
2. LL Andromedae
3. ASASSN-19rx & other long Porb CV(preliminary)

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本日の流れ1. Introduction of CV evolution
2. LL Andromedae
3. ASASSN-19rx & other long Porb CV(preliminary)

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激変星 (Cataclysmic Variables)
白色矮星(主星)と低温星(伴星)からなる近接連星系
低温星がRoche lobeを満たし白色矮星の周りに降着円盤を形成

白色矮星

Magnitude

連星間の距離を短くすることで質量輸送が続く …… 激変星における「進化」

低温星
BJD-2450000

降着円盤© NAOJ
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

Kato+ 2004

激変星の一部では上のような増光⇒ 矮新星アウトバースト
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激変星の標準進化モデル理論
角運動量損失で、軌道周期の縮小・伴星の質量減少が同時に起こる
この間、伴星は主系列星(に近い状態) ⇒ 多くのCVが標準進化モデルに従う
質量比(= (伴星質量) / (主星質量))

Roche lobeを充たす※ここまでCVとして観測されない
periodgap
磁気ブレーキが効かなくなり一時的に質量輸送が止まる

period minimum
伴星が縮退し軌道周期が長くなる

軌道周期80min

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

2hr

3hr

8~12hr※横軸の時間は大凡の値

5/23superoutburst

Osaki & Kato (2013)©Keplerperiod gap以下のCVではsuperoutburst……比較的大規模+ superhump(軌道周期より数%長い周期の変動)
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

Hirose & Osaki (1990)のsimulation結果

superhump……伴星の潮汐的効果で円盤が離心変形・歳差運動⇒ superhump周期が質量比の強い指標に6/23

short orbital period CV
軌道周期がperiod minimumを下回る激変星が少数存在……伴星質量に対し半径が小さい
1: AM CVn型星
伴星がHe-rich (e.g. low mass WD、Helium star)
普通のCVと違い、Balmer線の代わりにHe線が明るい
2: pop-Ⅱ secondary
伴星がmetal poor
確実視されているのはOV Boo (e.g. Patterson+ 2008) のみ

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

AM CVn型星の静穏期のspectrum (Kupfer+ 2013を修正)

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long orbital period CV
AR And

軌道周期別の CV数のhistogram(from VSX catalog)
V630 Cas

ごく少数の ~ 10hr以上のCVは標準進化では説明できない…… 伴星が(準)巨星に進化し、Roche lobeが充たされる系の大きさのスケールが違うため、●●

outburstの間隔 (interval)
outburstの継続時間 (duration)が非常に長くなる！
(これらの説明は Kimura+ 2018に詳しい)
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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進化した伴星を持つ激変星の進化
AM CVn型星(の一部)や、長軌道周期CVは伴星進化から説明される (Kalomeni+ 2016)
伴星が主系列の終盤でRoche lobeを満たす⇒ 進化途中で伴星水素が枯渇hydrogen AM CVn (e.g. Tutukov+ 1985)
伴星が主系列を終えてからRoche lobeを満たす※恒星進化コード MESAの計算結果

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion⇒ 長軌道周期CVに進化
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本日の流れ1. Introduction of CV evolution
2. LL Andromedae
3. ASASSN-19rx & other long Porb CV(preliminary)

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hydrogen AM CVn progenitors●●緑: normal CV
紫: hydrogen AM CVn

HとHeのlineが同時に観測
伴星質量が異なる(軌道周期が短い場合、重い)

EI PscQZ Ser● 伴星が高温等の共通する特徴を持つCV…… hydrogen AM CVnの前段階● V485 Cen (Augusteijn+ 1996; Olech 1997)● EI Psc (Thorstensen+ 2002; Uemura+ 2002)● QZ Ser (Thorstensen+ 2002)
等が存在するが、数が少なく統計的議論には至らない

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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LL And
1979年、1993年、2004年にsuperoutburstを起こしたWZ Sge型星
Porb ~ 79min: normal CVのperiod minimumに近い
標準進化の下で伴星質量 ~ 0.06Msol
Kato 2022に加筆●Kato (2004)
LL Andは似た軌道周期の矮新星とε ( = (Psh - Porb) / Porb) が大きく異なる…… 通常のCVに対し伴星がmassive?

AM CVn progenitorとOV Boo like
どちらでLL Andは説明されるか？
⇒ 2021年のsuperoutburstの測光・分光
MESAによる進化の再現
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion12/23

photometry(P=0.05688dに対し計算)
early

Amagnitude

BC

緑: 2004
紫: 2021
青: 分光
基準日からの日数(2021の基準BJD=2459470)

SO shapeは2004年のものと大凡合致
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

outburstを通じたsuperhumpの周期変化……O-C diagramで書ける
superhump初期 (stage A) の周期から質量比 q を導出(Kato & Osaki 2013; Kato 2022)⇒ q = 0.111(3)13/23

spectroscopy
normalized flux + offset

アウトバースト期

静穏期

wavelength(Å)
LL AndのスペクトルAM CVn progenitorのQZ Serの静穏期スペクトル Thorstensen+ 2002

⇒ LL AndはHに対しHeが弱く、Hの枯渇があまり進んでいない？
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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Porb vs. mass ratio
Kalomeni+ 2016に加筆

赤の領域: H欠乏のない標準進化に相当
LL And●●q = 0.111(3)
一般に激変星で<MWD> =(Pala+ 2021)

特にperiod gap以下の激変星でMWDが0.5Msol以下(~1.5σ以下)は考えにくい (Kato 2022)⇒ 標準進化を外れる可能性を強く支持

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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evolved donor in LL And?
初期の軌道周期を変化⇒ 連星進化に影響

LL Andが進化した伴星を持つと仮定
MESAにより連星進化を再現※Pinit = 1dはperiod minimum周辺で観測値にfit

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion★: LL And
→ Pinit ~ 2.15dで(Porb, Mdonor)をよく説明
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evolved donor in LL And?
LL And Porb●

LL And程度の軌道周期では、進化した伴星を持つpathだと標準進化の10倍の⇔ LL Andのoutburst intervalが軌道周期の近いCVと同程度●

He lineがBalmerに対し弱い⇒ evolved donorは考えにくい
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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metallicityがLL Andに与える影響
LL Andのmetallicityは太陽の半分程度である可能性 (Howell+ 2002)⇒ 質量が q<MWD> で、1) Z=0.014(~ solar metallicity)2) Z=0.007(~ LL And metallicity) の単独星の密度は？
MESA simulation: Z=0.007の場合は、Z=0.014の場合の1.09倍の平均密度
Faulkner+ (1972):が一定⇒ Z=0.007の場合のperiod minimumは80minから~ 77minにobserved LL Andに近付くが、少しズレ
1) Zがもう少し小さい
2) WD massがもう少し小さい
ことで説明できる可能性
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

LL Andperiod minimumの周辺を拡大

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本日の流れ1. Introduction of CV evolution
2. LL Andromedae
3. ASASSN-19rx & other long Porb CV(preliminary)

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ASASSN-19rx~10hr以上のCVは標準進化では説明できない⇔ ASASSN-19rx: Porb ~ 2.47d、outburst intervalが約4~5年の長軌道周期CV

伴星が降着円盤の大部分を隠す(食)……eclipse modelingが容易
進化の状態をよく推定できる
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

緑: outburst trend
そこからの落ち込み⇒食

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eclipse modeling
Wakamatsu+ (2021)
McAllister+ (2019)

観測者disk
伴星r 依存T 依存

一般に激変星では主星・伴星・降着円盤・hot spotが明るさに寄与
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

食の形状から連星や降着円盤のparameterが推定可能
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eclipse modeling of ASASSN-19rx
ASASSN-19rxのoutburstの最も明るい部分で簡易的なeclipse modelingを実行●

outburst中のflux (連星 + hot disk) から静穏期のflux (連星 + cool disk)を引き、食外を1とした相対値で、hot diskの食を与える●

diskの各部分からのfluxはpower lawに従い、その指数は -0.6 つまり、(q, i, redge) の3parameterを
MCMC (マルコフ連鎖モンテカルロ法) で推定

intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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conclusion
LL And● 連続測光より高精度でmass ratioを推定
先行研究の通り、実際に重い伴星を持つ可能性が高い● outburst intervalを考えると進化した伴星は考えにくい
metal-poorな伴星を持つ可能性が高い
ASASSN-19rx● mass ratio等の推定を行い、進化の状態を特定したい
現在eclipse modelingを実行中
intro - LL And - ASASSN-19rx - conclusion

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