Výzkumy v ASU AV ČR (203): Dlouhodobá aktivita intermediálních polarů

Kataklyzmické proměnné jsou dobře ustavenou skupinou proměnných hvězd. Jde o polodotykové dvojhvězdy složené z nafouknuté dárcovské hvězdy a kompaktní hvězdy (bílého trpaslíka) hmotu přijímající. Dárcovská hvězda vyplňuje svůj Rocheův lalok a hmota z ní proudí do sféry vlivu kompaktní komponenty. Z důvodu zachování momentu hybnosti látka nepadá na bílého trpaslíka přímo, ale formuje kolem něj akreční disk. Protože přítok látky není stálý, mění se i vlastnosti akrečního disku a to vede ke změnám celkové svítivosti systému. Kataklyzmické proměnné často vykazují dva základní stavy: stav s vysokou aktivitou a jasností, kdy je množství hmoty dopadající na bílého trpaslíka větší, a stav s nízkou aktivitou, kdy je této hmoty podstatně méně.

Navíc se chování systému změní, pokud má bílý trpaslík silné magnetické pole. Jeho přítomnost ovlivňuje vytváření akrečního disku. Je-li magnetické pole tak silné, že se disk vůbec nevytvoří a látka z dárcovské hvězdy proudí podél smyček pole přímo na povrch bílého trpaslíka, mluvíme o polaru. Na pomezí tzv. nemagnetické kataklyzmické a polaru je situace, kdy se disk sice vytváří, ale ve vnitřní části je „uříznut“ magnetickým polem bílého trpaslíka, které pak přebírá roli směrovatele přitékající látky. V této oblasti látka přitéká ve formě tzv. akrečních záclon prakticky radiálně na povrch bílého trpaslíka do oblastí blízko jeho magnetických pólů. Takové systémy nazýváme přechodnými (intermediálními) polary.

Právě pěticí přechodných polarů se ve své práci zabýval Vojtěch Šimon z ASU. Z pohledu definice může být kataklyzmická proměnná označena za přechodný polar, pokud je její světelná křivka víceperiodická a současně pokud je soustava zdrojem tvrdého rentgenového záření. Vícenásobná periodicita je dána přítomností dvou charakteristických časových škál souvisejících s geometrií systému. Jde o obvykle delší orbitální periodu dvojhvězdy a kratší rotační periodu bílého trpaslíka. Tyto dvě periody se často kombinují a pro vzdáleného pozorovatele vytvářejí rázy ve světelné křivce.
Změny v množství přenášené hmoty vedou ke krátkodobým i dlouhodobým změnám jasnosti systému. Pro určité množství této hmoty může v disku vzniknout tzv. tepelně-viskózní nestabilita, která vede k občasnému prudkému zjasnění. Tyto jevy označujeme jako trpasličí novy. I mezi přechodnými polary je možné najít trpasličí novy. Světelné křivky kataklyzmických proměnných jsou obecně velmi rozmanité.

Vojtěch Šimon si ke studiu vybral pět přechodných polarů zachycených na archivních přehlídkách oblohy. Studoval jednak CCD data z přehlídky CRTS (Catalina Real-time Transient Survey), pak CCD pozorování pocházející od pozorovatelů sdružených v rámci AAVSO (Americal Association of Variable Star Observers) a využil i digitalizované fotografické desky z Harvardské observatoře v rámci projektu DASCH (Digital Access to a Sky Century @ Harvard). U vybrané pětice objektů měl autor dlouhodobě k dispozici typicky čtyři pozorování za noc. To je naprosto dostatečné pokrytí ke studiu změn na škálách dní a delších.

Z podrobné analýzy aktivity vybrané pětice vyplývá, že pro každý z těchto přechodných polarů existuje statisticky preferovaná hodnota optické svítivosti, a to i když se jasnost těchto objektů významně mění na časových škálách delších, než je orbitální perioda. Dlouhodobé změny mají charakter přechodných změn – vzplanutí, zjasnění nebo přechodů z nízkého do vysokého stavu a opačně. To vše zjevně závisí na změnách v množství hmoty přenášené mezi hvězdami páru do akrečního disku.

V optické oblasti hraje v celkové svítivosti přechodného polaru rozhodující roli svítivost akrečního disku. To naznačuje, že velký rozsah pozorovaných optických svítivostí přechodných polarů je vlastností právě disků, nikoli hvězdných komponent. Studované systémy tráví většinu svého času ve stavu se svítivostí menší, než je typická svítivost nemagnetických trpasličích nov. I když mnohé z hodnot svítivosti jsou již v předpokládané oblasti, v níž by se měla projevovat tepelně-viskózní nestabilita disku, zjasnění u intermediálních polarů jsou velmi vzácná a jejich amplitudy jsou  menší, než jsou zjasnění u nemagnetických trpasličích nov. Z toho vyplývá, že ne všechna pozorovaná zjasnění musí být způsobena činností tepelně-viskózní nestability a svoji roli mohou hrát jiné procesy. To je případ například studovaných V426 Oph a TV Col. Oba systémy jsou si vzájemně podobné, přesto tepelně-viskózní nestabilita je pravděpodobně v činnosti jen u V426 Oph.

TV Col a DW Cnc vykazují podobné pozvolné změny jasnosti na škálách stovek dní, přes něž se překládají krátkodobá vzplanutí. Zdá se, že akreční disky těchto systémů mají nízkou viskozitu. Množství přenášené hmoty v těchto systémech se zřejmě mění na dobře definované časové škále. Jinými autory pozorované zjasnění na DW Cnc bylo zřejmě důsledkem zvýšeného množství přenášené hmoty a tím vyvolaných procesů způsobených tepelně-viskózní nestabilitou disku.

V případě EI UMa, TV Col a DW Cnc se ve světelných křivkách objevují krátká vzplanutí. Jejich jasnost roste s pozaďovou jasností systému, z níž „vyrůstají“. Zdá se, že původcem jsou občasné srážky velkých chuchvalců látky proudící z dárcovské hvězdy s akrečním diskem kolem bílého trpaslíka.

Aktivita HY Leo je dominována rychlými přechody do velmi nízkých stavů. Toto chování připomíná jiný přechodný polar, V1223 Sgr. Vysoké stavy HY Leo nedosahují pokaždé stejné svítivosti. To znamená, že v systému neexistuje stabilní přenos hmoty ani v nízkém, ani ve vysokém stavu. Dlouhodobé změny jasnosti mají také zřejmě hodně společného s aktivitou dárcovské hvězdy, možná s výskytem hvězdných skvrn.

Pro srovnání s výše uvedenými systémy je přechodný polar DO Dra z hlediska tepelně-viskózní nestability extrémním případem. Po většinu času se vyskytuje ve velmi nízkém stavu s velmi malým množstvím hmoty přitékající z disku na bílého trpaslíka. Vykazuje ale krátká intenzivní zjasnění, která mohou být tepelně-viskózní nestabilitou látky v disku vysvětlena. Zde možná do hry vstupuje velmi specifická geometrie systému, jako je osa magnetického dipólu bílého trpaslíka „položená“ v rovině orbitální dráhy DO Dra. Činnost magnetického pole je tak účinně ovlivněna a může zde docházet k masivním zjasněním, za něž je zodpovědná tepelně-viskózní nestabilita disku.
Studie ukazuje, že přechodné polary jsou poměrně specifické systémy. V porovnání s nemagnetickými protějšky se přechodné polary chovají poněkud jinak. Možností, jak tyto rozdíly vysvětlit, je v současnosti stále ještě mnoho a jejich množinu omezí třeba i další pozorování.

REFERENCE

V. Šimon, A study of the long-term activity of five intermediate polars with accretion discs, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 505 (2021) pp.161-171.

KONTAKT

RNDr. Vojtěch Šimon, Ph.D.
simon@asu.cas.cz
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.