CC BY
55
Том 153, кн. 2
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Физико-математические пауки
2011
УДК 524.38
МЕТОД ДОПЛЕРОВСКОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КАТАКЛИЗМИЧЕСКИХ
ПЕРЕМЕННЫХ
Д. Г. Якип, Н.В. Борисов
Аннотация
Работа посвящена применению метода доплеровской томографии для исследования катаклизмических переменных звезд. Данный метод позволяет па основе изменения профиля спектральной лилии с орбитальной фазой строить карту скоростей излучающего вещества в двойной системе (доплеровскую карту). Анализ карты позволяет получить информацию о пространственном распределении излучающего вещества. Для реализации метода использовался модифицированный программный код Шпруита 1ч1ортар". На основе спектров, полученных па ВТА, впервые построены и проанализированы до-плеровские карты для четырех новых катаклизмических переменных: НВНА 4705-03, МТ Бга, ЯБЯЗ 1205017.85^053626.8, ЯБЯЗ Л60450.16-414328.6.
Ключевые слова: доплеровская томография, катаклизмические переменные, спектроскопия, аккреционные диски, НВНА 4705-03, МТ Бга, ЯБЯЗ 1205017.85^053626.8, ЯБЯЗ Л 60450.16^414328.6.
1. О методе доплеровской томографии
Метод доплеровской томографии, предложенный Мартом и Хорном [1] в 1988 г.. активно используется для исследования тесных двойных систем. Исходным материалом служат одномерные профили эмиссионных линий, полученные с высоким спектральным разрешением в течение одного или нескольких полных орбитальных периодов. Используя эти профили и зная основные параметры системы. можно реконструировать доплеровскую томограмму. Томограмма (рис. 1) представляет собой карту распределения интенсивности излучения данной эмиссионной линии I(Ух, Уу) в пространстве скоростей. В основе метода лежит предположение о том. что наблюдаемой интенсивности в каждой точке профиля эмиссионной линии соответствует своя лучевая скорость. Таким образом, профиль линии в данной орбитальной фазе рассматривается как запись проекции поля скоростей излучающего вещества на луч зрения, соответствующий данной орбитальной фазе. Имея набор таких проекций (профилей спектральной линии) для набора фаз. покрывающих весь период, возможно реконструировать карту распределения интенсивности в пространстве скоростей и изучить пространственное распределение излучающей плазмы в рамках принятой модели движения вещества (например, предполагая, что вещество вращается по коплоровским орбитам в диске вокруг белого карлика, см. рис. 1).
Для реализации метода был использован доработанный программный код Шпруита Моршар" [2]. В данной программе построение доплеровской карты осуществляется методом максимума энтропии (МЭ) с использованием алгоритма Люси [3]. В общих чертах суть метода заключается в минимизации среднеквадратичных отклонений между набором наблюдаемых профилей линий и набором модельных профилей, рассчитанных по текущей версии доплеровской карты.
Phase 0.5
I
-их» о +аи» ,, . . ■ „ ... ж
vnociiy (km/j) Velocity coordinates Position coordinates
Рис. 1. Левая панель: наглядное представление формирования доплеровской карты па основе профилей лилий в разных фазах. Правая панель: связь доплеровской карты (слева) и геометрии объекта (справа) в предположении, что все скорости в диске кеплеровские. Воспроизведено из [1]
Рис. 2. Доплеровские карты МТ Бга и вБвв Л60450.16—414328.6 (слева направо). Для каждого объекта показаны изменения профиля лилии в зависимости от фазы, изменения восстановленного с доплеровской карты профиля лилии и доплеровская карта. Сверху вниз линии: Н^, Не1 Л 4471, Не II Л 4686
124
Д.Г. ЯКИН, Н.В. БОРИСОВ
Рис. 3. Доплеровские карты НВНА 4705-03 и SDSS J205017.85—053626.8 (слева направо). Для каждого объекта показаны изменения профиля лилии в зависимости от фазы, изменения восстановленного с доплеровской карты профиля лилии и доплеровская карта. Сверху вниз линии H^, HeI Л 4471, He II Л 4686
Для тестирования метода были рассчитаны профили спектральных линий для модели аккреционного диска с пятнами. По рассчитанным профилям линии получена доплеровская карта, распределение интенсивности излучения на которой хорошо описывает исходную запятненную модель диска.
2. Результаты
На основе спектров, полученных на БТА, впервые восстановлены и проанализированы доплеровские карты по различным спектральным эмиссионным линиям для шести новых катаклизмичоских переменных: 1RXS J180834.7—101041, НВНА 4705-03, МТ Dra, SDSS J160450.16-414328.6, SDSS J165951.69-192745.6, SDSS J205017.85—053626.8.
В настоящей работе представлен краткий анализ карт четырех источников.
Система МТ Dra имеет орбитальный период Polb = 2.1452 ч. Построенные доплеровские карты (рис. 2, слева) водородных и гелиевых линий имеют одну и ту же структуру: центральное пятно радиуса 300 400 км/с со сдвинутым центром до точки Vx = -(100 — 200) км/с. Одновременно наблюдается излучение со скоростью до Vy = —1000 км/с. Доплеровские карты очень похожи на карты поляра V834 Con типа АМ Ног [4], и можно предположить, что данный объект также является поляром.
Карты SDSS J160450.16+414328.6 (Porb = 3.36 ч, рис. 2, справа) для линий Ид и He II А 4686 напоминают карты МТ Dra только с обратным направлением расиро-
странения эмиссионных областей и их более слабой яркостной выраженностью. Линия HeI А 4471 очень слаба, что не дает получить по ней достоверную информацию.
Доплеровские карты НВНА 4705-03 (Poгь = 4.2103 ч, рис. 3, слева), построенные по всем водородным линиям и He II А 4686, имеют схожую структуру: цен-
300 He I А 4471
трального пятна, наблюдается область формой полукруга радиусом 900 км/с. Многие промежуточные поляры нмеют схожие карты, вероятно, этот объект также может быть промежуточным поляром.
Доплеровские карты объекта SDSS J205017.85+053626.8 (Porb = 1.5161 ч, рис. 3, справа), построенные по водородным и гелиевым линиям, имеют одну простую структуру: одно центральное пятно с радиусом около 1000 км/с. В целом у данного объекта не наблюдается заметной дисковой структуры.
Авторы искренне благодарны Комитету по тематике больших телескопов САО РАН за многолетнюю поддержку наших программ изучения спектров ТДС.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект Х- 09-02-97013_р-Поволжьо-а).
Summary
D. G. Yakin, N. V. Borisov. Doppler Tomography for Investigation of Cataclysmic Variables. This work is devoted to the application of Doppler tomography for investigation of cataclysmic variables. This method uses changes in a spectral line profile with an orbital period and allows one to create a map of radiating matter velocities in a binary system (Doppler map). This map gives the possibility to study the space distribution of the radiating matter. We used a modified Spruit program code "dopmap" for realization of the method. Using spectra obtained with BTA, we derived and analyzed the Doppler maps of various spectral lines for four new cataclysmic variables: HBHA 4705-03, MT Dra, SDSS J205017.85-053626.8 and SDSS J160450.1*6—414328.6.
Key words: Doppler tomography, cataclysmic variables, spectroscopy, accretion disks, HBH A4705-03, MT Dra, SDSS J205017.85-053626.8, SDSS J160450.16-414328.6.
Литература
1. Marsh T.R., Home K. Images of accretion discs II. Doppler tomography // Мои. Not. R. Astr. Soc. 1988. V. 235. P. 269 286.
2. Spruit H.G. Fast maximum entropy Doppler mapping // Astrophysics (ast.ro-pli): arXiv:astro-pli/9806141vl. 1998. URL: http://fr.arxiv.org/abs/astro-ph/9806141.
3. Luey L.B. Optimum strategies for inverse problems in statistical astronomy // Ast.ron. Astrophys. 1994. V. 289, No 3. P. 983 994.
4. Putter S.B., Romero-Сolmenero E., Watson C.A., Buckley D.A.H., Phillips A. Stokes imaging, Doppler mapping and Roche tomography of the AM Herculis system V834 Cen // Mon. Not. R. Astr. Soc. 2004. V. 348. P. 316 324.
Поступила в редакцию 16.12.10
Якин Дмитрий Гавриилович младший научный сотрудник кафедры астрономии и космической геодезии Казанского (Приволжского) федерального университета. Е-шаП: егер1ау ОтаИ. ги
Борисов Николай Владимирович кандидат физико-математических паук, научный сотрудник Специальной астрофизической обсерватории РАН. Е-шаП: Ьопя оь в я ао. ги
