JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

This Master’s thesis is dedicated to studying an accreting white dwarf system, namely BW Sculptoris, which is long considered to be one of the best candidates for so-called period-bouncers. In the accreting white dwarfs, also known as cataclysmic variable stars (CVs), the donor component is a low mass main-sequence star or a brown dwarf which loses matter via the inner Lagrangian point. According to standard evolutionary theory, cataclysmic variables evolve from longer to shorter orbital periods. Theory of CV evolution predicts that the secondary star eventually loses enough mass for transforming into a brown dwarf, after that the orbital period starts increasing again. Such post-period-minimum systems are called “periodbouncers”. The standard model predicts more than half of the cataclysmic variables should be at the post-period-minimum stage. However, the periodbouncers are observed far below the rates predicted by the theory. Thus the primary aim of this study is to determine whether the secondary star in BW Scl is a brown dwarf. Data for this research is collected from European Southern Observatory archives and utilizes data from the following instruments and telescopes: EFOSC2 (ESO NTT), X-shooter (ESO VLT) and UVES (ESO VLT). Methods of analysis include radial velocity analysis, emission line profile modelling, and Doppler tomography. Our study has determined the secondary star mass M2 = 0:066 ± 0:013 M☉, below the hydrogen-burning minimum mass limit of 0.075 M☉. Combining it with thenear period-minimum orbital period we come to the conclusion that BW Scl is a period-bouncer.

Kataklysmisen muuttujan BW Scl:n evolutionäärinen vaihe

Tiivistelmä

BW Sculptoris on kataklysminen muuttuja, eli vuorovaikuttava kaksoistähti. Systeemi koostuu valkoisesta kääpiöstä ja kevyestä seuralaistähdestä, joka luovuttaa massaa valkoiselle kääpiölle. Systeemin periodi lyhenee, kunnes se saavuttaa minimin noin 75min. Vallalla oleva teoria ennustaa, että tällöin systeemin seuralaistähti on menettänyt tarpeeksi massaa että se muuttuu ruskeaksi kääpiöksi. Nyt systeemin periodi alkaa pitenemään lyhenemien sijaan. Tällaisia kohteita ei kuitenkaan ole löydetty teorian ennustamia määriä. BW Scl on erinomainen kandidaatti tällaiseksi kohteeksi, joita kutsutaan ”period bouncereiksi”. Tutkimuksen päätarkoitus on siis selvittää, onko BW Scl:n seuralaistähti ruskea kääpiö.

Tutkimuksen aineisto on koottu European Southern Observatorion arkistoista, ja hyödyntää seuraavia instrumentteja: EFOSC2 (ESO NTT), X-shooter (ESO VLT) ja UVES (ESO VLT). Aineston analysoinnin tärkeimmät metodit olivat: säteisnopeusanalyysi, emissioviivojen profiilien mallintaminen ja Doppler-tomografia.

Tutkimukseni perusteella olen selvittänyt valkoisen kääpiön säteisnopeuden amplitudin ja massan, sekä vastaavat arvot seuralaistähdelle. Tulokset viittaavat siihen, että seuralaistähti on ruskea kääpiö, ja että systeemi on ns. ”period bouncer”. Lisäksi Doppler tomografian tulokset paljastavat stabiilin, epätyypillisen emissiorakenteen systeemin kertymäkiekosta. Emissioviivojen profiilien mallinnukset viittaavat kertymäkiekon koon ja leveyden muuttuneen vahvasti systeemissä tapahtuneen purkauksen seurauksena.