Dvärgnovan SS Cygni i utbrott

[Magnus Larsson]

Hej!

Jag lyckades ta ett spektrum den 14/9 och sen ett igår. Så det första precis när utbrottet började och det andra när det är på topp. Så här ändras spektrat på ett dygn:

Från att ha dominerats av Balmer-emission (topparna) har det ändrats till absorption i de flesta linjer. Ha visar både absorption och emission. Själv tycker jag det är rätt dramatiskt och stimulerar till att tänka om vad det faktiskt är som händer vid ett sånt här utbrott. Först domineras spektrat av emission från den heta fläcken, om jag förstår rätt – nu är det hela ackreationsskivan som lyser upp med ett ganska kontinuerligt ljus, och så absorberas en del av det av skivans yttre delar, därav dalarna. Kvar finns en del emission i den heta fläcken.

Kanske kan man beskriva det ungefär så?

Magnus

• Det här svaret redigerades för 2 månader av Magnus Larsson.
• Det här svaret redigerades för 2 månader av Magnus Larsson.

Attachments:

1. 

   sscyg_20240915_786_Magnus-Larsson-1.png
   

[Hernán]

Strålande Magnus! Mycket fint jobb!

[Magnus Larsson]

Hej!

En liten uppföljare: nu har Balmerserien åter börjat visa emissionslinjer efter att toppen på utbrottet är förbi och magnituden börjat avta (magnituden var ca 9 i V-bandet när jag tog spektrat igår):

Det är också intressant, tycker jag, hur HeI-linjerna helt försvann vid toppen men nu återkommer. Hur ska man förstå det? Kanske så att ackreationsskivan blir optiskt tjock vid utbrottet och He-emissionen helt enkelt inte kommer ut?

Igår var också H-gamma både emission och absorption, medan nån absorptionsdal inte direkt är synlig vid någon av de andra linjerna. Vad det betyder är lite mer oklart för mig….

Magnus

Attachments:

1. 

   sscyg_20240914_790_Magnus-Larsson.png
   

[davhei]

Magnus,

Man ser i dina spektrum där Ha och Hb är i emission att förhållandet mellan Ha och Hb, balmer decrement, är flackt eller kanske till och med omvänt jämfört med hur det vanligen är.

Walker tar upp det i sin spektrumanalys av dvärgnovor ser jag, det syns verkligen tydligt tycker jag.

Förklaringarna verkar inte entydiga dock.

---

/David
SVO: DHE
AAVSO: HDAE

[Magnus Larsson]

Hej!

Ja, Balmer-dekrementet är ibland omvänt, och såvitt jag vet är det inte uppenbart varför. Är det den spektroskopiska atlasen av Walker du tänker på?

Det borde stå om det i Warners bok Cataclysmic variables (man kan maila mig om man vill ha nåt tungt att läsa) men jag har ärligt lite svårt att ta mig igenom den med nån större hastighet… 😉

Magnus

[Johan Warell]

Otroligt fina spektra Magnus, och intressant att se utvecklingen av Balmerlinjerna. Så här säger chatGPT o1-preview om utvecklingen, efter tio sekunders betänketid. Mycket koncist, även om jag inte på rak arm kan avgöra om allt är helt korrekt.

/Johan

 

Evolution of Balmer and Helium Lines in SS Cygni Following an Outburst

SS Cygni is one of the most studied dwarf novae, exhibiting semi-regular outbursts due to accretion disk instabilities around its white dwarf component. The spectral lines of hydrogen (Balmer series) and helium undergo significant changes in intensity and profile during the outburst cycle. Here’s a detailed description of their typical evolution:

1. Quiescent State (Before Outburst)
Balmer Lines: Strong emission lines of the hydrogen Balmer series dominate the spectrum. These lines arise from recombination processes in the optically thin regions of the accretion disk and the area where the accretion stream impacts the disk.

Helium Lines: Helium lines, particularly He I, also appear as emission lines, contributing to the overall emission-line spectrum.

Physical State: The accretion disk is relatively cool and optically thin. Mass transfer from the companion star proceeds at a steady, lower rate.

2. Rise to Outburst
Balmer Lines: The emission lines of the Balmer series begin to weaken and may transition into absorption lines or develop complex profiles like P Cygni profiles, which show both emission and absorption components.

Helium Lines: Similar to the Balmer lines, helium emission lines weaken and may also transition into absorption features.

Physical Changes:

Increased Mass Transfer: An instability triggers a higher mass transfer rate, causing the accretion disk to heat up.
Disk Becomes Optically Thick: The heating makes the disk denser and more opaque.
Continuum Brightening: The overall brightness of the system increases due to the hotter, optically thick disk, which emits more continuum radiation.
Wind Outflows: Enhanced radiation pressure may drive winds from the disk, affecting line profiles.
3. Outburst Maximum
Balmer Lines: The Balmer lines are typically observed as absorption lines during the peak of the outburst. The absorption features are broadened due to the high velocities in the disk.

Helium Lines: Helium lines may also appear as absorption lines or become very weak.

Physical State:

Hot, Optically Thick Disk: The disk resembles a stellar photosphere, emitting a blackbody-like spectrum.
Suppression of Emission Lines: The bright continuum emission overshadows the emission lines, and the optically thick conditions favor the formation of absorption lines.
Energy Release: Gravitational potential energy is efficiently converted into radiation due to increased viscosity in the disk.
4. Decline from Outburst
Balmer Lines: Absorption lines weaken and emission lines re-emerge. The emission lines gradually strengthen as the system returns to quiescence.

Helium Lines: Helium emission lines become more prominent again.

Physical Changes:

Cooling Disk: The accretion disk cools down and becomes optically thin once more.
Decreased Mass Transfer: The rate of mass accretion drops back to quiescent levels.
Recombination Processes: As the disk becomes less ionized, recombination leads to stronger emission lines.
Relation to Physical Processes in SS Cygni
Thermal-Viscous Instability Model: The outbursts in SS Cygni are attributed to thermal-viscous instabilities in the accretion disk. When the disk’s temperature and density reach critical values, hydrogen ionization increases the disk’s opacity and viscosity, leading to a rapid heating and brightening (outburst).

Optical Thickness and Line Formation:

Quiescence: Optically thin conditions favor emission lines due to photons escaping from recombining ions.
Outburst: The disk becomes optically thick, and the increased continuum emission dilutes emission lines. Absorption lines form in the cooler outer layers of the hot disk or in the wind outflows.
Mass Transfer Dynamics: Variations in the mass transfer rate from the companion star influence the disk’s temperature and density, affecting the spectral lines’ appearance.

Wind Outflows: During outburst peaks, radiation-driven winds can remove material from the disk, impacting the profiles of spectral lines through Doppler shifts and broadening.

Summary
The evolution of the Balmer and helium lines in SS Cygni’s spectrum during an outburst reflects the changing physical conditions in the accretion disk. From strong emission lines in quiescence to weakened or absorption lines at outburst maximum, these spectral features trace the disk’s transition from a cool, optically thin environment to a hot, optically thick one and back again. This spectral evolution is a direct consequence of the thermal and viscous processes governing mass accretion in the system.

[Johan Warell]

Själv har jag skattat SS Cyg till 9,2 de senaste två nätterna.

[Magnus Larsson]

Hej!

Nu när utbrottet är över kan jag sätta samman en bild över det hela, dvs några få detaljer till:

 

Uppifrån och ner är det vid max utbrott och längst ner tillbaka i vilotillstånd. Kontinuuet vrider sig från att vara starkt i blått vid utbrottets max till att sjunka ner och vara i stort sett platt vid vilotillstånd, där ljuset primärt kommer från Balmer-seriens emission (ett tecken på att ackreationsskivan är optiskt tunn, som Johan/chatGPT skrev ovan) och släpper igenom ljuset från upphettade väteatomer i den heta fläcken.

Kontiuunet svänger lite i blått på vägen ner. Det kan i huvudsak tillskrivas lite skakigheter i min procedur och känslighet för små variationer i blått (det har att göra med hur man kan producera bra platt-fältsbilder i det här rätt stora frekvensomfånget med dagens ljuskällor).

Allt är taget med en C8:a vid f/10, Lowspec med 300 l/mm gitter, och en ASI183mm kamera. R är ca 1600-1800 (varierar lite och är ett oklart värde vid lågupplöst spektroskopi).

Magnus

Attachments:

1. 

   sscyg_full_outburs_cycle_Magnus-Larsson.png
   

[Hans Bengtsson]

8 november 2024:

Nytt utbrott för SS Cygni. Se diagram från AAVSO.

Attachments:

1. 

   IMG_3265.jpeg
   

[Författare]

Inlägg