CC BY
17
АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2016, том 71, № 4, с. 510-513
УДК 524.31.084-337
ОБНАРУЖЕНИЕ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ И СЛАБОАМПЛИТУДНОЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОСТИ
БЕЛОГО КАРЛИКА WD 1748+508
© 2016 К. А. Антонюк1,2*, С В. Колесников1,3, Н. В. Пить1, Г. Г. Валявин2, А. Ф. Валеев2, Т. Е. Бурлакова2, Г.А. Галазутдинов4,5,2
1Крымская астрофизическая обсерватория, Научный, 298409 Россия
2Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Нижний Архыз, 369167 Россия
3Астрономическая обсерватория одесского национального университета им.И.И.Мечникова, Одесса,
65014 Украина
4Католический университет Севера, Антофагаста, 0610 Чили 5Главная (Пулковская) обсерватория, Санкт-Петербург, 196140 Россия Поступила в редакцию 30 августа 2016 года; принята в печать 5 сентября 2016 года
Приводятся результаты поляризационного и фотометрического исследования холодного белого карлика ШЭ 1748+508. Наблюдения проводились в течение четырех последовательных ночей на телескопах Крымской астрофизической обсерватории. В результате в полосе V у звезды обнаружено наличие круговой поляризации на уровне —0.36 ± 0.087% и фотометрической переменности с периодом ориентировочно от пяти часов до двух дней. Амплитуда переменности постоянна в течение всего сета наблюдений и составляет 10 ± 1 mmag. Ненулевая круговая поляризация прямо указывает на наличие у этого белого карлика глобального магнитного поля напряженностью от 10 МГс и более. Найденная фотометрическая переменность интерпретируется в рамках вращательно-модулированной переменности магнитных свойств атмосферы этой звезды.
Ключевые слова: белые карлики — звезды: магнитные поля — звезды: индивидуальные: Шй 1748+508
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящей работе мы представляем очередной результат выполнения программы фотометрических и магнитометрических наблюдений одиночных вырожденных звезд (горячих субкарликов и белых карликов [1—3]). Мотивацией к проведению исследований послужило обнаружение связи между магнитными и фотометрическими свойствами белых карликов [3—5], важность детального исследования этой связи, а также необходимость увеличения статистики известных магнитных белых карликов, имеющих ненулевые крупномасштабные магнитные поля. Последнее является весьма важной наблюдательной задачей, поскольку магнитные свойства большинства белых карликов до сих пор изучены слабо [6—11]. Особый интерес вызывает проявление магнетизма у наиболее холодных из них. Согласно [12], величины магнитных полей белых карликов и их частота встречаемости [3] растут по мере их охлаждения. И это несмотря
E-mail: [email protected]
на тот факт, что детектирование магнитных полей у холодных белых карликов затруднено из-за их более низкой светимости. Спектры таких звезд (как правило, водородные) демонстрируют слабо развитые линии, что также затрудняет спектроскопическое наблюдение их зеемановского расщепления [12, 13]. В силу этих причин, по нашему мнению, количество холодных белых карликов с большими напряженностями глобального магнитного поля сильно недооценено, и теоретическое исследование феномена роста частот встречаемости магнитных белых карликов с возрастом требует новых наблюдательных данных для вырожденных звезд с температурами ниже 6000 К.
Напрямую проблема решается проведением массового зеемановского мониторинга белых карликов на телескопах с большими апертурами (3 м и более). Это требует существенных затрат наблюдательного времени, что весьма проблематично для больших телескопов. Между тем, наличие в вырожденных звездах связи между их магнитными и фотометрическими свойствами,
ОБНАРУЖЕНИЕ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ БЕЛОГО КАРЛИКА WD 1748+508
511
а также наличие в спектрах белых карликов с наиболее сильными магнитными полями ненулевой широкополосной поляризации позволяет создавать предварительные выборки объектов по результатам фотометрических и поляризационных наблюдений. Такие наблюдения можно массово проводить на телескопах метрового/двухметрового классов. Это позволит создать выборку звезд для дальнейшего спектрополяриметрического исследования их магнитных свойств на больших телескопах.
В настоящей работе мы представляем результаты отбора одного из таких кандидатов в магнитные звезды (звезды с известным крупномасштабным магнитным полем) — холодного белого карлика WD 1748+708 (Teff = 5590 K[14]). Объект исследовался нами фотометрически и поляриметрически. В итоге нами обнаружены как наличие ненулевой круговой поляризации в полосе фильтра V системы Джонсона, так и переменность блеска звезды в той же полосе. Мы интерпретируем этот результат как детектирование нового белого карлика — кандидата в семейство сильномагнитных белых карликов с величиной поверхностного магнитного поля от 10 MR: и более. По нашим сведениям, эта звезда не была известна ранее как магнитная в каком-либо из существующих обзоров магнитных белых карликов.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Объект WD 1748+708 наблюдался в течение четырех последовательных ночей (14—17 сентября 2015 г.) на телескопах Крымской астрофизической обсерватории (КРАО). Поляриметрические наблюдения проводились в кассегреновском фокусе 2.6-м телескопа ЗТШ с использованием поляриметра с быстровращающимся анализатором [15]. Измерения осуществлялись в фильтре V в режиме одновременного определения всех четырех параметров Стокса. В качестве стандартов нулевой и ненулевой поляризаций были использованы объекты из списка систематически измеряемых нами стандартов, а именно HD 165908, HD 185395, HD 188512, HD 155455. Редукция и анализ поляриметрических данных выполнялись стандартным образом [16].
Фотометрические наблюдения проводились на 1.25-м телескопе АЗТ-11 с камерой ProLine PL23042 также в широкополосном фильтре V системы Джонсона. В каждую ночь получались вспомогательные изображения для учета неоднородности чувствительности («плоские поля») и темнового тока. Наблюдательные данные проходили стандартную процедуру обработки и калибровки в программе MaxIm DL. Для дифференциальной фотометрии объекта использовались две звезды
Результаты измерения круговой поляризации у WD 1747+708 в фильтре V
JD Exp., min СР, % ст, %
2457280.37441 106 -0.5022 0.1227
2457281.35396 102 -0.4112 0.1421
2457282.44118 341 -0.4812 0.1495
2457283.35619 136 -0.1345 0.1139
Е -0.36 0.087
сравнения. Из-за того что звезды сравнения не являются фотометрическими стандартами, величина нуль-пункта носит оценочный характер. Однако неопределенность в нуль-пункте на результат анализа временных рядов не влияет.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
Измерения линейной поляризации белого карлика WD 1748+708 не показали значимых величин. Результаты измерения круговой поляризации показаны в таблице, где приведены: юлианская дата время экспозиции (Exp.), значение круговой поляризации (СР) и ее ошибка (а). Как можно видеть из таблицы, две оценки из четырех демонстрируют статистически значимые величины на уровнях, превышающих критерий 3а. Суммарная по всем ночам наблюдений оценка поляризации СР = —0.36 ± 0.087% является также устойчивой на уровне более 4а. Это позволяет нам сделать заключение о вероятной магнитной природе исследуемой звезды, что в свою очередь должно сказаться и на фотометрических свойствах объекта.
После обработки фотометрических рядов наблюдений WD 1748+708, полученных в те же ночи в том же фильтре, выявлена переменность блеска звезды с амплитудой около 10 mmag. Применение метода Лафлера—Кинмана [17] при поиске периода обнаруживает значительное количество пиков, обозначающих возможные периоды на периодограмме от пяти часов до нескольких дней. К сожалению, в силу значительной неравномерности и недостаточного массива наблюдений выделить на данном этапе какой-либо из этих периодов не представляется возможным. Поэтому в настоящем исследовании мы ограничимся лишь констатацией факта обнаружения переменности с периодом в диапазоне примерно от пяти часов до двух дней. Наиболее вероятные времена переменности — порядка часов (более восьми часов). Пример свертки фотометрических, а также поляриметрических данных наблюдений с одним из возможных периодов около 8.3 часа показан на рисунке.
512
АНТОНЮК и др.
И-1-1-il-1-г
s)
-ü • гН
и Ш
-0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6
0.60 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68
Ч-1-1—b
%l<
Ä4>>
bS
0.00
0.50 1.00 1.50 2.00
Phase
Периодические изменения круговой поляризации (верхняя панель) и потока (нижняя панель) в фильтре V от ШЭ 1748+708 в зависимости от фазы переменности с возможным периодом 8.3 часа. Черные кружки на нижнем рисунке соответствуют результатам усреднений данных фотометрических наблюдений в бинах шириной 0.1 фазы. Бары ошибок усреднений не превышают размеры радиусов кружков. Сплошная линия на нижней панели — результат аппроксимации данных синусоидой.
Необходимо также заметить, что из-за плохой погоды одна из оценок круговой поляризации, приведенных в таблице, является результатом усреднения серии одиночных наблюдений в интервале более пяти часов. Тестирование периода 8.3 часа показало, что эта оценка не является аргументированной и приведена на рисунке лишь формально. К сожалению, эту оценку нельзя также методически корректно разделить на серию оценок на более короткой временной шкале из-за сильной неоднородности погодных условий в процессе этой конкретной экспозиции. Между тем это никак не влияет на основные выводы статьи, а лишь служит дополнительным аргументом тому, что истинный период вращения звезды может быть существенно длиннее приведенного на рисунке.
Аппроксимация данных синусоидой (сплошная линия на нижней панели рисунка) определяет величину амплитуды переменности в 10 ± 1 mmag. В совокупности с полученной статистически значимой оценкой круговой поляризации этих данных о новом магнитном белом карлике достаточно для первичного анализа. Детали поведения обнаружен-
ной круговой поляризации (магнитного поля) и переменности потока от звезды с вращением будут проанализированы нами в следующих работах после новых наблюдений.
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Мы представили результаты поляриметрических и фотометрических исследований магнитного белого карлика ШЭ 1748+708. Получены надежные свидетельства в пользу существования в спектре звезды ненулевой круговой поляризации и регулярной, вероятно, модулированной вращением фотометрической переменности на уровне
Шъ = 0 т 01.
Наличие в континууме спектра белого карлика круговой поляризации величиной около 0.5% практически безальтернативно указывает на магнитную природу объекта [18]. Точную величину поверхностного магнитного поля звезды можно будет назвать только после проведения фазоразре-шенной зеемановской спектрополяриметрии объекта. Между тем оценочно такая величина круговой поляризации в континууме вследствие кругового дихроизма соответствует характерной величине поверхностного поля белого карлика более 10 МГс [18].
Наиболее вероятная природа фотометрической переменности, на наш взгляд, состоит в индуцировании магнитным полем неоднородностей (в частности, в околополюсных областях) в силу причин, описанных в работах [1, 3—5]. Подобные явления также хорошо известны [19] и наблюдаются [20] у конвективно-спокойных звезд спектральных классов Ар/Вр.
В заключение хочется также заметить, что, формируя программу наблюдения холодных белых карликов с целью поиска среди них магнитных, мы исходили из того, что согласно ряду исследований наибольшее число и высокие частоты встречаемости белых карликов с самыми большими магнитными полями наблюдаются среди наиболее холодных звезд этого класса [21—23]. В этой связи примечательно, что первый выбранный нами объект ШЭ 1748+708 из списка холодных белых карликов оказался магнитной звездой с мегагауссным полем. И это несмотря на то, что оцененная на сегодня частота встречаемости магнитных белых карликов с полями больше одного мегагаусса среди белых карликов с эффективными температурами более 10 000 К в среднем не превышает 4% [13]. Это, конечно, может быть и случайным совпадением, но может также означать, что количество холодных магнитных белых карликов с температурами менее 10 000 К сильно недооценено. Это обстоятельство мотивирует нас продолжать поиск новых магнитных белых карликов из выборки холодных звезд этого класса.
ОБНАРУЖЕНИЕ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ БЕЛОГО КАРЛИКА WD 1748+508 513
БЛАГОДАРНОСТИ
Наблюдения и анализ данных WD1748+708 выполнены при поддержке фонда РФФИ (гранты № 15-02-05183 и № 15-02-06178). Интерпретационная (теоретическая) часть работы поддержана Российским научным фондом (проект 14-50-00043, направление «Магнитометрия звезд»).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. G. Valyavin, K. Antonyuk, S. Plachinda, et al., Astrophys. J. 734, 17(2011).
2. A. F. Valeev, K. A. Antonyuk, N. V. Pit', et al., Astrophysical Bulletin 70, 318 (2015).
3. G. Valyavin, D. Shulyak, G. A. Wade, et al., Nature 515,88(2014).
4. G. A. Wade, S. Bagnulo, T. Szeifert, et al., ASP Conf. Ser. 307,569(2003).
5. C. S. Brinkworth, M. R. Burleigh, K. Lawrie, et al., Astrophys. J. 773,47(2013).
6. G. D. Schmidt and P. S. Smith, Astrophys. J. 448, 305(1995).
7. R. Aznar Cuadrado, S. Jordan, R. Napiwotzki, et al., Astron. and Astrophys. 423, 1081 (2004).
8. G. Valyavin, S. Bagnulo, S. Fabrika, et al., Astrophys. J. 648, 559 (2006).
9. J. D. Landstreet, S. Bagnulo, A. Martin, and G. Valyavin, Astron. and Astrophys. 591, A80 (2016).
10. J. D. Landstreet, S. Bagnulo, G. G. Valyavin, et al., Astron. and Astrophys. 580, A120 (2015).
11. J. D. Landstreet, S. Bagnulo, G. G. Valyavin, et al., Astron. and Astrophys. 545, A30 (2012).
12. S.O. Kepler, I. Pelisoli, D. Koester, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 455, 3413 (2016).
13. S. O. Kepler, I. Pelisoli, S. Jordan, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 429, 2934 (2013).
14. P. Bergeron, S. K. Leggett, and M. T. Ruiz, Astrophys. J. Suppl. 133,413(2001).
15. N. M. Shakhovskoj and Y. S. Efimov, Izvestiya Krymskoj Astrofizicheskoj Observatorii 45, 90 (1972).
16. A. V. Berdygin and N. M. Shakhovskoi, Bull. Crimean Astrophys. Obs. 87, 112(1993).
17. J. Lafler and T. D. Kinman, Astrophys. J. Suppl. 11, 216(1965).
18. G. D. Schmidt and J. E. Norsworthy, Astrophys. J. 366,270(1991).
19. I. I. Romanyuk, Astrophysical Bulletin 71, 340 (2016).
20. I. Romanyuk, D. Kudryavtsev, E. Semenko, and A. Moiseeva, Astrophysical Bulletin 71, 436 (2016).
21. E. M. Sion, J. B. Holberg, T. D. Oswalt, et al., Astron. J. 147, 129(2014).
22. J. Liebert, P. Bergeron, and J. B. Holberg, Astron. J. 125, 348 (2003).
23. S. Fabrika and G. Valyavin, ASP Conf. Ser. 169, 214 (1999).
K. A. Antonyuk, S. V. Kolesnikov, N. V. Pit, G. G. Valyavin, A. F. Valeev, T. E. Burlakova, and
G. A. Galazutdinov
We report the results of a polarimetric and photometric study of the cool white dwarf WD 1748+508. Observations were performed during four consecutive nights on the telescopes of the Crimean Astrophysical Observatory. As a result, polarization was detected in the V band at the level of —0.36 ± 0.087% and the star was found to be photometrically variable with a period ranging from five hours to about two days. Throughout the entire observing set the variability amplitude was constant and equal to about 10 ± 1 mmag. Non-zero circular polarization directly indicates that the white dwarf has a global magnetic field with a strength of 10 MG or higher. We interpret the photometric variations found in this study in terms of rotationally modulated variability of magnetic properties of the star's atmosphere.
Keywords: white dwarfs—stars:magnetic field—stars: individual:WD 1748+508
