矮新星の早期スーパーハンプを用いた降着円盤の再構成

植村誠（広島大学）、加藤太一、前原裕之、大島誠之（京都大学）

早期スーパーハンプとは？

• WZ Sge 型矮新星に特有の短時間周期変動– 連星軌道周期に（ほぼ）等しい– ダブルピークの光度曲線

• 降着円盤の縦方向の構造を見ている？– 円盤の幾何構造を反映

様々な天体の早期スーパーハンプ　(Kato , et al. 2002) 。Edge-on の天体ほど振幅が大きい？

矮新星 V455 And の早期スーパーハンプ (Matsui, et al. 2009)

• TRISPEC/ かなたと岡山 MITSuME による、 g’,V,Rc,Ic,J,Ks の６バンド同時測光観測

• ハンプ成分が赤い　　→円盤外縁（＝低温部）が膨張して変動の光源に

多バンド同時観測の成果！

明るくなる

赤くなる

光度曲線から円盤構造を再構成• 時系列情報→円盤の方位角方向• 色情報→円盤の動径方向

外側の低温部が盛り上がっていたら、

時間

明る

さ 赤い光は大振幅青い光は小振幅

内側の高温部が盛り上がっていたら、

時間

明る

さ

赤い光は小振幅青い光は大振幅

ベイズモデルの詳細

入力多バンドの光度曲線

モデル円盤高さ h(i,j) の事後分布をベイズ推定

出力円盤高さのマップ

時間

明る

さ

事後分布　　　　　　　尤度関数　　　　　　事前分布

＊尤度関数　（観測とモデルの光度曲線で定義）

＊事前分布　　　（局所的により滑らかに）

＊実際の推定はマルコフ連鎖モンテカルロ (MCMC) を使う。

＊円盤の温度分布は標準円盤モデルを想定して、

（ h=0.1r の円盤をデフォルトに）

人工データを使ったデモンストレーション

• 期待通りの結果– 外側の構造は外側に、内側の構造は内側に、それぞれ再構成。– 事前分布の効果で、仮定した構造よりも滑らかな構造に。

伴星

伴星 伴星

伴星

矮新星 V455 And のデータから再構成極大 5 日目

• 極大 5 日後の５バンド (g,V,R,I,J) データ

• 主・副の極大をつくる構造＋内側への「腕」構造

• 円盤外縁の最大高さは、 h/r = 0.20 。

g

V

Rc

Ic

J

伴星

伴星

円盤高さ

円盤高さ / 半径

矮新星 V455 And のデータからの再構成極大 3 日目

• 極大から 3 日目の 2 バンド (V,J) データ– データ数が少ないのでより「なまる」。

• 5 日目と基本構造は同じ

• 光度曲線の振幅＝円盤の高さ– 3 日目の方が 5 日目よりも 25% 高い（円盤外縁）。– 温度の効果は弱い

円盤高さ

Ｖ

Ｊ

伴星

伴星

円盤高さ / 半径

理論モデルとの比較• 潮汐効果？　 2:1 レゾナンス？円盤高さ

円盤高さ / 半径

潮汐効果による円盤高さの歪みの理論計算（ Ogilvie 2002)

SPH による 2:1 レゾナンスのシミュレーション (Kunze & Speith 2005)

光度曲線から再構成された円盤は「潮汐効果」による歪みと似ているが、左上の構造は説明できない。

まとめ• 早期スーパーハンプの多バンド光度曲線から、降着円盤の

高さマップを推定するベイズモデルを開発した。

• 再構成された円盤は主・副の極大をつくる最外縁の構造＋内側への「腕」構造をもつ。

• 潮汐効果による歪みに似ているが、副極小を作るための盛り上がり部分を説明できない。

• 今後の展開– 他の天体でも同様の結果になるか？– 円盤構造の時間変化

観測データの詳細• V455 And 2007 年 9 月の

superoutburst

– 観測論文は Matsui, et al., 2009, PASJ, 61, 1081

– 観測は広島大学「かなた」望遠鏡(V,J,Ks) と岡山 MITSuME 望遠鏡(g,Rc,Ic)

V455 And superoutburst の光度曲線

早期スーパーハンプの光度＆色変化 スーパーハンプの光度＆色変化

パラメータ依存性のチェック• 仮定しているパラメータ

– 軌道傾斜角：静穏時に浅い食が観測　　　　→　 75 度　（ Araujo-Betancor, et al. 2005)– 連星質量比： superhump と軌道周期の経験法則から、 q=M1/M2=12.0 　(Kato, et al. 2009)

– 円盤温度：観測された色を再現するように内縁（ or 外縁 ) の温度を設定。 Tin=82000K （ 5 日目）

– 円盤半径： 2:1 resonance 半径、 r=0.6a 　　　 (a は連星間距離 )

• 結果のパラメータ依存性– 軌道傾斜角の不定性が最も大きな影響

を及ぼすが、それ以外の上記パラメータに対しては安定

様々なパラメータでの結果パラメータ　小　　　　　　　　　デフォルト　　　　　　　　　　　大

i

q

Tin

r/a

Irradiation の効果• 円盤の最外縁で膨らんでいるの

で、 irradiation の効果は大きいかもしれない。– ただし、矮新星の energetics 一般には

irradiation 効果は minor と考えられている。

　　　（Ｘ線連星では major ）

• Irradiation 効果の検証– 仮定：アルベド

0.5 、 Twd=Tin=60000K( 観測された色に合わせるため）、円盤上の各セルに対して、白色矮星と他のセルからのirradiation を計算する。

– Iteration で解く• ある height map で irradiated disk の温度

分布を決める。• その温度分布を仮定して次の height map

を推定。• ５－６回で収束。 10回目の結果を採用。

• 結論： irradiation 効果は、「腕」構造を弱める。ただし、腕構造を無くすほどの irradiation では色が青くなりすぎて、観測と不一致。– ただし、仮定するアルべド、 Twd に大

きく依存。

強い Irradiation

円盤高さ / 半径

弱い Irradiation 円盤高さ