Ροές προσαύξησης ύλης σε διπλά συστήματα αστέρων
Authors: Παπαδημητρίου Χρήστος 
Published: November 2021

Στην παρούσα διατριβή γίνεται προσπάθεια προσέγγισης ενός από τους πλέον συναρπαστικούς χώρους της Αστροφυσικής και της Αστρονομίας που είναι η μεταφορά και η προσαύξηση υλικού σε διπλά αστρικά συστήματα. Κύριος στόχος είναι η μελέτη ορισμένων συστημάτων που ανήκουν σε μια κατηγορία διπλών συστημάτων που ονομάζονται Κατακλυσμικοί Μεταβλητοί (Cataclysmic Variables). Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν φασματοσκοπικά δεδομένα από Διεθνή Αστεροσκοπεία, με πρωταρχικό στόχο να αναζητηθούν γεωμετρικές δομές κυρίως από τις γραμμές εκπομπής. Για την αναζήτηση τέτοιων δομών αλλά και για τη μελέτη της δυναμικής εξέλιξης των γεωμετρικών και φυσικών ιδιοτήτων της ροής προσαύξησης ύλης, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές μεγιστοποίησης της εντροπίας, όπως είναι η τομογραφία Doppler. Η βασική δομή της διατριβής αποτελείται από εννέα κεφάλαια.Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά των Κατακλυσμικών Μεταβλητών σύμφωνα με γενικά παρατηρησιακά στοιχεία. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το θεωρητικό μέρος της αρχικής Μαθηματικής προσέγγισης ενός δίσκου προσαύξησης. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται οι βασικές εξισώσεις που περιγράφουν τη δομή ενός δίσκου προσαύξησης. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική παρουσίαση της βασικής τεχνικής που χρησιμοποιείται στη συγκεκριμένη διατριβή, της τομογραφίας Doppler. Γίνεται συνοπτική παρουσίαση των δύο μεθόδων με τις οποίες εκφράζεται η τομογραφία Doppler, του αλγόριθμου Fourier-Filtered Back-Projection και της Μεθόδου Μέγιστης Εντροπίας (MEM), καθώς και εφαρμογές της τομογραφίας σε διπλά αστρικά συστήματα. Παρουσιάζονται τέλος, οι προοπτικές ανάπτυξης της τεχνικής και οι μελλοντικές εφαρμογές της. Στο τέταρτο κεφάλαιο ξεκινάει η ανάλυση των δεδομένων. Γίνεται παρουσίαση των δεδομένων του Μαγνητικού Κατακλυσμικού Μεταβλητού AM του Ηρακλή (AM Her) για διαφορετικές εποχές (multi-epoch). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν μια ιδιαίτερα πολύπλοκη δομή στο σύστημα αυτό, που γίνεται ακόμα πιο πολύπλοκη κατά τη χρονική εξέλιξη από επίπεδα χαμηλής κατάστασης (low state) σε επίπεδα υψηλής κατάστασης (high state), χωρίς να έχει δοθεί κανένα πρότυπο (μοντέλο) μέχρι σήμερα για την εξέλιξη και συμπεριφορά τέτοιων συστημάτων. Οι χάρτες Doppler έδειξαν δομές, ειδικά στις χαμηλές καταστάσεις, που ποτέ ως τώρα δεν είχαν καταγραφεί.Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μελέτη ενός Ενδιάμεσου Πολικού Κατακλυσμι-κού Μεταβλητού, του συστήματος V795 του Ηρακλή (V795 Her). Η μελέτη των φασμάτων και της τομογραφίας Doppler έδειξε μια πολύπλοκη συμπεριφορά, με εκρηκτικές αλλαγές από τον έναν τροχιακό κύκλο στον άλλο. Η γραμμή απορρόφησης του HeI στα 5875 Å έδειξε ότι το σύστημα αυτό ανήκει στην κατηγορία SW Sex. Στην ομάδα αυτή ανήκουν διπλά μεταβλητά συστήματα που έχουν χαρακτηριστικά από διαφορετικές υποκατηγορίες των Κατακλυσμικών Μεταβλητών. Για το λόγο αυτό η ομάδα αυτή αποτελεί μέχρι σήμερα μια αμφιλεγόμενη κατηγορία που έχει όμως ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά (βλέπε κυρίως κείμενο). Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται στοιχεία που ενισχύουν την ύπαρξη σπειροειδών κρουστικών κυμάτων (spiral shocks) σε νάνους καινοφανείς (dwarf novae). Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί το σύστημα EX του Δράκου (EX Dra). Παράλληλα, η ύπαρξη πολλών γραμμών εκπομπής προσφέρουν τη δυνατότητα δημιουργίας περισσότερων χαρτών Doppler για καλύτερη κατανόηση της δομής του δίσκου. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται για πρώτη φορά αρκετά στοιχεία που δείχνουν τη μόνιμη παρουσία σπειροειδών βραχιόνων σε ομοιοκαινοφανείς αστέρες (novalikes). Γίνεται ανάλυση των σπειροειδών δομών και διαπιστώνεται η ύπαρξη δύο κυματικών μορφών πάνω στο δίσκο (ειδικά στον πρώτο κλονισμό) με διαφορετικές θερμοκρασίες. Στο εσωτερικό κύμα κυριαρχεί η γραμμή εκπομπής HeI στα 6678 Å, ενώ στο εξωτερικό κύμα η γραμμή εκπομπής Hα. Από την ανάλυση των φασματοσκοπικών δεδομένων προκύπτει για πρώτη φορά ότι το εξωτερικό μέρος του δίσκου απορροφάει μερικώς την ακτινοβολία που προέρχεται από το εσωτερικό μέρος του δίσκου ή το λευκό νάνο και η απορρόφηση γίνεται μεγαλύτερη όταν οι σπειροειδείς δομές βρεθούν κάθετα στον άξονα παρατήρησης, γεγονός που φανερώνει ότι το υλικό αυτών των αστρικών δίσκων παρουσιάζει μεγαλύτερη αδιαφάνεια στις περιοχές που βρίσκονται τα σπειροειδή κύματα. Στο όγδοο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση και ανάλυση δεδομένων από το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM του νάνου καινοφανούς YZ Cnc σε κατάσταση ηρεμίας. Η ανάλυση συσχέτισης αποκαλύπτει ότι κατά τη διάρκεια σημαντικών UV εκλάμψεων οι ακτίνες X και UV είναι αντι-συσχετισμένες, με τις ακτίνες UV να ακολουθούν τις ακτίνες X κατά περίπου 100 sec. Η φωτεινότητα που υπολογίστηκε στις ακτίνες X, είναι περίπου, η οποία είναι σχετικά υψηλή για ένα νάνο καινοφανή που βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας.Στο ένατο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικότερα αποτελέσματα της διατριβής, ενώ επιπλέον αναπτύσσονται οι μελλοντικοί στόχοι για τη συνέχιση της έρευνας στο χώρο αυτό.