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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-45717
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4571/


Massive NLTE models for X-ray novae with PHOENIX

Massive NLTE Modelle fuer X-ray Novae mit PHOENIX

Rossum, Daniel Rudolf van

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: NLTE , Atmosphäre
Freie Schlagwörter (Deutsch): nova , SSS, phoenix , modellatmosphaere
Freie Schlagwörter (Englisch): X-ray
Basisklassifikation: 39.29
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Hauschildt, Peter H. (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.10.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 26.04.2010
Kurzfassung auf Englisch: X-ray grating spectra provide much spectral detail from classical nova outbursts.
They supplied the confirmation of continued mass loss from the nova
in the late super-soft source (SSS) stage of the outburst.
It is not clear a priori, what the influence of the mass loss on the spectrum
is, apart from causing systematic blue shifts in the absorption lines. In order
to answer this question, and to test whether it is safe to neglect this aspect
of expansion in model atmospheres for novae in the SSS stage, physically
consistent models for expanding nova atmospheres have been developed in
this work.
The very high temperatures of these models combinded with high expansion
velocities and the accompanying large radial extension make nova
in the SSS phase very interesting objects but also physically complicated
objects to model. In this work the general purpose radiative transport code
PHOENIX, designed to deal with expanding atmospheres, has been chosen for
modeling X-ray novae.
PHOENIX has been used for this type of objects before, but careful analysis
of the old results lead to a number of new methods and improvements
to the code, being the main achievement of this work. Firstly, essential improvements
to the physical treatment of NLTE have been made, including:
new opacity expressions, a new rate matrix solver, a new global iteration
scheme, and a new temperature correction method. Secondly, a new hybrid
hydrostatic-dynamic nova atmosphere setup has been implemented. Thirdly,
NLTE models are treated in pure NLTE, without LTE opacities. Also, the
models have been made faster to compute by at least a factor 10.
With the new framework a modest amount of models, limited by computation
time, have been calculated. These models show that systematic
results are achieved from the framework for various atmospheric conditions.
They also show, that the influence of the expanding shell on the model spectrum
is important and that the model spectra are sensitive to the details of
the atmospheric structure. The nova models are compared to the 10 wellexposed
X-ray nova grating spectra presently available: 5× V4743 Sgr 2003,
3× RS Oph 2006, and 2× V2491 Cyg 2008. Although the models are on a
coarse grid and have not yet been tuned to the observations they do match
surprisingly well.
Also, a comparison with hydrostatic models is made. The reproduction
of the data is clearly inferior to the expanding models. But what is more
important is that the interpretation of the data with hydrostatic models
leads to conclusions that are opposite to those with expanding models, e.g.
the former requires a sub-solar O abundance and the later a super-solar.
The models give the ability to derive accurate constraints on the physical
conditions in the deep layers of novae that are visible only in the SSS phase.
Kurzfassung auf Deutsch: Die grating Spektren von klassischen Novae enhalten viel spektrale Information.
Sie haben bestaetigt, dass der Massenverlust weiterhin stattfindet im spaeten SSS
Stadium des Nova-Ausbruches.
Man kann nicht vorhersagen, wie der Massenverlust das Spektrum beeinflusst,
ausser dass Absorptionslinien blauverschoben sind. Um diese Frage zu klaeren, und
ob man den Aspekt der Expansion wirklich vernachlaessigen kann in Model Atmosphaeren
fuer Novae in der SSS-Phase, wurden physikalisch konsistente Modelle fuer
expandierende Nova-Atmosphaeren entwickelt.
Sehr hohe Temperaturen, hohe Expansionsgeschwindigkeiten und die damit einhergehende
grosse radielle Ausdehnung machen Novae in der SSS-Phase zu sehr
interessanten, aber auch physikalisch schwer modellierbaren Objekten. In dieser
Arbeit wurde der general-purpose Strahlungstransportcode PHOENIX verwendet,
der fuer expandierende Atmosphaeren entwickelt wurde, um X-ray Novae zu modellieren.
Fuer diese Objekte is PHOENIX schon eher benutzt worden, aber die gruendliche
Analyse der alten Modelle fuehrte zu einer Anzahl neuer Methoden und Verbesserungen
am Code, die den Hauptbestandteil dieser Arbeit ausmachen. Die physikalische
Behandlung von NLTE wurde grundlegend verbessert mit 1) neuen Opazitaeten,
einem neuen Rate Matrix Solver, einem neuen globalen Iterationsschema
und einer neuen Temperatur-Korrketur-Methode; 2) der Implementation eines neuen
hydrostatisch-dynamischen Nova Atmosphaerenaufbaus; 3) der Behandlung von
Modellen in purem NLTE, ohne LTE Opazitaeten; und 4) der Beschleunigung der
Modellberechnung wurde zum Faktor 10.
Mit dem neuen Code wurde eine kleine Menge an Modellen berechnet, eingeschraenkt
durch Rechenzeit. Diese Modelle zeigen, dass der neue Code systematische
Ergebnisse liefert fuer mannigfaltige atmosphaerische Zustaende. Auch zeigen
sie, dass die expandierende Huelle einen wichtigen Einfluss auf das Modellspektrum
haben, und dass das Spektrum empfindlich ist fuer die atmosphaerische Struktur.
Die Modelle werden verglichen mit den zehn vorhandenen gut belichteten X-ray
Nova Beobachtungen: 5× V4743 Sgr 2003, 3× RS Oph 2006, and 2× V2491 Cyg
2008. Obwohl das Modellgitter grob ist und noch nicht getuned wurde auf die Beobachtungen,
ist die Uebereinstimmung ueberraschend gut.
Auch wurden hydrostatische Modelle verglichen. Diese reproduzieren die Daten
deutlich schlechter als die expandierenden. Was aber noch wichtiger ist, ist dass
die Interpretation der Daten mit hydrostatischen Modellen zu Schlussfolgerungen
fuehrt, die denen mit expandierenden Modellen widersprechen. Zum Beispiel findet
man, dass diese eine sub-solare O Haeufigkeit erfordern und jene eine super-solare.
Die Modelle ermoeglichen es, praezise Einschraenkungen abzuleiten ueber die
physikalischen Bedingungen in den tiefen Schichten einer Nova, die sich nur zeigen in der SSS-Phase.

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