Variables%20Cataclysmiques%20:%20Accr

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Variables Cataclysmiques Accrétion - Ejection
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CVs Accrétion - Ejection

• Objets compacts Facteurs déchelle

Gravité 1/R2
Champ magnétique Conservation flux
magnétique BR2cste gt B 1/R2

• Relation linéaire
• Dispersion génération/diffusion
• Etoiles 0.1-104 G
• NB 104-108 G (10kG-100MG)
• EN 109-1014 G

Soleil
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CVs Accrétion - Ejection

• CVs naine blanche (NB) en système binaire

Si évolution jointe des 2 étoiles (non capture),
le temps dévolution pour la formation de la NB
impose -gt systèmes les probables NB
compagnon faible masse (0.1-0.8Mo)
P
orbitales typiques (1-10) h pour accrétion
(RLO)
Taille Orbite a 1010-1011
cm Abondance 10-6 pc3 dans la Galaxie, systèmes
proches (100pc-1Kpc), visibles mv12-18
Caractéristiques de laccrétion Naine blanche
(NB) vs Etoiles à neutrons (EN) / Trous noirs(TN)
Luminosité
Efficacité
Température
(thermalisée BB)
Taux daccrétion typique (étoile faible
masse/RLO) gt Mdot 10-10-10-8 Mo/an 6 1015
6 1017 g/s
NB EN
TN
M (Mo) R (km) Lx(erg/s) h
T(therm)
1 1
1 10 000 10
3 10 33-35
1036-38 10 36-38 10-4
10-1 1 10 eV
1 keV gt 1 keV
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CVs Accrétion - Ejection

• Accrétion Naine blanche (NB) vs Etoiles à
  neutrons (EN)

• Géométrie de laccrétion pour une même masse
  centrale (1Mo), la matière  voit  le même
  potentiel
• CVs parfaites analogues des LMXB (Low Mass X-ray
  Binaries)
• Près de lobjet compact
• Facteur dominant champ magnétique de lobjet
  compact
• Capture au rayon  magnétosphérique  Rm
• Rm / pression magnétique pression dynamique du
  gaz (accrétion sphérique)

avec moment magnétique
Naine Blanche NB Non-magnétique
Magnétique
Etoile à neutrons EN
Non-magnétique Magnétique

• B 104 107
• 1031 1034
• Rm 109 5 1010

• B 109 1012
• 1027 1030
• Rm 5 106 108

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CVs Accrétion - Ejection
Naine blanche
Lx1033-35 erg/s
 Polars  magnétique CV
 Normal  non-magnétique CV
B107 G, m 1034, rm a
B104 G, m 1031, rm RNB
Etoiles à neutrons
Lx1036-38 erg/s
Pulsar accrétant
 LMXB  binaire X faible masse
B1012 G, m 1030, rm (100-1000) RNSltlt a
B109 G, m 1027, rm (1-10) RNS
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CVs Accrétion - Ejection

• CV types
• Non-magnétique
• Blt (0.1-1) MG
• Couche limite EUV
• IPs (polaires intermédiaires)
• B (1-10) MG
• Non-synchronisées
• PspinltltPorb
• Colonne (rayons X)
• Polaires
• B (10-100) MG
• Synchronisées
• (freinage magnétique)
• PspinPorb
• Colonne (rayons X)

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CVs Accrétion - Ejection

• Naine blanche magnétique (Polars)
• gt colonne daccrétion

• Choc au dessus de la surface
• Energie cinétique convertie dans le choc
• Rayonnements (post-choc)
• Bremsstrahlung (Tsh) gt rayons X durs (keV)
• Cyclotron gt IR-optique
• Effet de chauffage gt EUX X mous (eV)
• Colonne milieu optiquement mince
• Grandeurs typiques
• h 108cm (1000km) A 1016cm (f10-30.1)

Choc fort discontinuité vff gt vff/4 (m poids
mol. moyen 0.615 solaire)
X-durs
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CVs Accrétion - Ejection

• CVs magnétiques spectre

• Rayonnements concurrents freinage vs cyclotron
• accrétion, densité fortes -gt rayt freinage
  (X-durs)
• champ fort -gt cyclotron (IR-optique)
• IP rayonnement de freinage seul (champ plus
  faible)

Lamb Masters. (1979) B 2
107G Lx1032-1034erg/s
AM Herculis Rothschild et al. (1979)
Débat rapport Lxmous/LxdurLcyc 1 attendu
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CVs Accrétion - Ejection

• CVs INTEGRAL sources

INTEGRAL 2nd catalogue, Bird et al. (2006) ApJ
636, 765 209 sources 8 CVs confirmées

• 8 CVs confirmées (Egt 20keV) 4
• 1 DN non magnétique (SS Cygni)
• 1 Polar (RX1940)
• 6 IPs (V1223 Sgr, V2400 Aql, V709Cas, RX1548,
  RX1730, RX2133)
• Découvertes à hautes énergies par INTEGRAL
• Nouvelle population
• CVs 105-106 sources dans la Galaxie

• La plupart sont des IPs
• B faible Bremsstrahlung gtgt Cyclotron
• sous estimation précédente de la température
• - par les observations à plus basse énergie (XMM)
• par les modèles à température uniforme
• gradient de température dans la colonne
• (température élevée sous le choc)

New IGR sources
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CVs Accrétion - Ejection

• V709 Cas / INTEGRAL

Falanga, Bonnet-Bidaud et Souleimanov (2005) AA,
444, p.561 Source détectée près du pulsar
milliseconde IP (Pspin 312 s / Porb 5.34
h) Détectée jusquà 100 keV JEM-X ISGRI
Ajustement spectral Plasma émission (mekal /
continuraies) -si température uniforme T25
keV -si multi-température Tmax42 keV Mesure de
la masse (NB relation M-R) T42keV ?
M0.86Mo Si M1.2Mo ? T100 keV !! Sources plus
hautes énergies attendues
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CVs Accrétion - Ejection

• Abondances CNO

Rapports de rapport de raies  anormaux  raies
démission formées par photoionisation découverte
(Bonnet-Bidaud Mouchet 1987 AA188, p.89 )
polaire BY Cam
AM Her (Hopkins UT Navette)
BY Cam data FUSE 2003 IUE (1985)
Orgine ? - condition dionisation vs
abondances Test avec un modèle réaliste de
colonne code photo-ionisation ? abondances
Nx25, C/8, O/2 (Mouchet, Bonnet-Bidaud et al.
2003 AA401, p.1071 )
explosion de nova ???
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The accretion column
Dipole accretion column section A Acap
(r/R)3 cm2
M,R white dwarf free-fall V
5.2 108 (M)0.5. (R )-0.5.(r/R) -0.5
cm/s density n 1.2 1015 Mdot. (Acap)
-1.(M)-0.5. (R )0..5.(r/R) -2.5 cm 3 accretion
rate Mdot 7.5 10 16 (M) 1 (R ) (Lx/1034) g/s

Slab section dx / n(xdx) n(x)/4 assumed
homogeneous dy dz Acap. (x) 3/2 assumed
Acap 10 16 cm2 direct sideways
illumination across slabs CLOUDY code (v.96)
dz
dy
dx
Mouchet, Bonnet-Bidaud et al. 2003 AA401, p.1071
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CVs Accrétion - Ejection

• Abondances

Bonnet-Bidaud Mouchet (2003) IAU Coll. 190
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CVs Accrétion - Ejection

• Oscillations QPOs Polars

découverte Middleditch (1982) 5 polaires AN
UMa, V834 CEn, EF Eri, VV Pup et BL Hyi
VLT (May 2005) VV Pup QPO 1.5 sec Fraction
flux optique faible 1-3
ULTRACAM 3-canaux simultanés 3 (1024x1024
CCDs) 0.001 s expositions avec temps mort
négligeable (0.0001 s) (Instrument Visiteur
Univ Sheffield UK)
Oscillation hauteur du choc Langer et al. (1982)
Problème conditions dexcitation des QPOs?
amortissement cyclotron Non détecté
en rayons X ?
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CVs Accrétion - Ejection

• Ejection

• Novae gt Réactions nucléaires explosives à la
  surface de NB
• fréquence observée 4/an (réel 40-80 /an)
• récurrence 1000 ans
• Dm 6-13 mag Ledd(2-4) 104 Lo
• Perte de masse (sphérique) (1-30) 10-5Mo

• Rotation
•  Propeller effect  effet hélice
• rayon de co-rotation (Rco) vs rayon
   magnétosphérique  Rm (capture)

RRco ? VKepler Vrot
Rm
Rm lt Rco Vkepler gtgt Vrot accrétion Rm gt
Rco Vkepler ltlt Vrot éjection centrifuge
Rco
Rm gt Rco
Rm lt Rco
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CVs Accrétion - Ejection

• AE Aquarii

Porb 9.88hr compagnon K4-K5 (M0.6Mo) évolué
pour R gt RLO Pspin 33 sec   rotateur
rapide  Rco 1.5 109cm vs Rm 1.3 1010cm
(sphérique) Rm gtgt Rco accrétion inhibée ?
éjection Ralentissement Pdot 5.6 1014 s/s gt
Lrot 6 x1033 erg/s Polarisation B1 MG gt IP
(polaire intermédiaire) Faible fraction accrétée
Lx 1031 erg/s (température superposition T
0.1 à 4.5 keV XMM ) Explosions radio Lrad
1029(d/100pc) erg/s, visible-rayons X (facteur
10), TeV source ?
Modèle collisions de paquets de
plasma Accélération par  pompage magnétique 
Wynn et al. MN 286, 436 (1997)
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CVs Accrétion - Ejection

• AE Aqr - FUSE (Far UV)

Mouchet, Bonnet-Bidaud et al. (2004) IAU Col. 190
Vitesses radiales des raies de haute
excitation Origine plasma au passage proche de
la NB
Wynn et al. (1997)
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CVs Accrétion - Ejection

• Etoiles Symbiotiques

Parents proches des CVs Modèle actuel système
binaire compagnon géante rouge ( type M)
Naine blanche (système semi-détaché, accrétion
par vent (pulsation étoile M ?) Ex CH Cygni
(M5-M7 géante) Orbite 760 jours ou 5500 jours
(triple system ?) Raies démission indiquent
éjection avec une vitesse projetée de V
500-1000 (d/200pc) km/s Source radio étendue et
collimatée (VLA/MERLIN) gt précession dun jet
radio période 6519 jours, angle précession 35
Crocker et al. (2002)
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CVs Accrétion - Ejection

• Bilan

• CVs sources X plus faibles que les sources
  binaires X à étoiles à neutrons/trous noirs
• mais beaucoup plus nombreuses !!
• Sources de hautes énergies (Egt20keV) pour les CVs
  magnétiques
• gt fraction non-négligeable du fond diffus
  galactique ?
• Systèmes proches facilement observables toutes
  longueurs donde
• Laboratoire cosmique idéaux pour
• étude de linteraction  accrétion-champ
  magnétique 
• mécanisme de production dénergie en champs forts
• mécanisme déjection par interaction magnétique

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CVs Accrétion - Ejection

• Références

• Brian Warner (1995) Cataclysmic Variable Stars
• (Cambridge University Press, 1995, ISBN
  0521412315)
• Coel Hellier (2001) CVs - How and Why They
  Vary(Praxis Publishing, 2001, ISBN
  1852332115)
• Frank, King Raine (2002), Accretion Power in
  Astrophysics(Cambridge University Press, 2002,
  3rd edition)
• North American Workshops on Cataclysmic Variables
• Magnetic Cataclysmic Variable Workshops
• IAU Colloqium 190 (2004)
• (Astron. Soc. Pacific Conf. Ser., 2004, vol. 315)

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CVs Accrétion - Ejection

• CVs Variabilité

Diapo 15 cropper variabilité diagram

• Cataclysmic Variables (non-magnetic)
• Novae large eruptions 69 magnitudes
• Recurrent Novae previous novae seen to repeat
• Dwarf Novae regular outbursts 25 magnitudes
• SU UMa stars occasional Superoutbursts
• Z Cam stars show protracted standstills
• U Gem stars all other DN
• Nova-like variables
• VY Scl stars show occasional drops in brightness
• UX UMa stars all other non-eruptive variables
• Cataclysmic Variables (non-magnetic)
• - Intermediate Polars/DQ Her stars
• - Polars/AM Her stars

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CVs Accrétion - Ejection