Variações cíclicas de período orbital em binárias cataclísmicas: testando a hipótese de terceiro corpo

Abstract

Neste trabalho apresentamos os resultados do estudo de variações cíclicasde período orbital (Porb) em Variáveis Cataclísmicas (VCs). Procuramosna literatura todos os objetos cujos diagramas observado-menoscalculado(O ?? C) são bem amostrados e precisos e compilamos umalista com cerca de duas dezenas de VCs que apresentam variações cíclicasde Porb. Assumindo a hipótese de terceiro corpo como causa dasvariações de período, estimamos a massa do terceiro corpo m3 e a separaçãoentre a binária e o terceiro corpo a3 em cada caso. Os valoresde m3 para sistemas de curto período orbital são uma ordem de grandezamenores que para sistemas de longo período orbital, enquanto osvalores de a3 independem de Porb. Uma vez que as VCs evoluem emdireção a Porb?s menores, isso implica em considerável perda de massado terceiro corpo ao longo do tempo. Desenvolvemos um modelo queassume que a perda de massa do terceiro corpo esteja associada à interaçãocom a ejecta nas erupções recorrentes de Nova que ocorremnas VCs e outro modelo com ajuste empírico à perda de massa doterceiro corpo. Nenhum dos modelos consegue explicar simultaneamenteo comportamento das distribuições m3(Porb) e a3(Porb), pois aperda de massa combinada da binária e do terceiro corpo impõe umaumento da separação orbital a3 por fatores 10-500 para Porb?s curtos,em completa discrepância com as distribuições obtidas. Isso mostraque a hipótese de terceiro corpo é estatisticamente inconsistente e nãopode ser usada para explicar as variações cíclicas de Porb observadasem VCs. Essa incompatibilidade e a correlação entre a amplitude damodulação e o Porb da VC reforçam a hipótese de que variações cíclicasde Porb são consequência de atividade magnética na estrela de tiposolar. A segunda parte do trabalho envolveu a expansão da base detempo de monitoramento das variações cíclicas de Porb de V4140 Sgrpor um fator 2, o que nos permitiu testar criticamente se a modulaçãoem Porb detectada é ou não estritamente periódica. Utilizando dadoscoletados no Observatório do Picos dos Dias (OPD/LNA) entre 2006e 2016, geramos séries temporais de fotometria diferencial, medimosinstantes de eclipses médios para cada ano, e atualizamos o diagrama(O-C), dobrando sua cobertura temporal. Quando combinados com osdados da literatura, os novos instantes de eclipse revelam que o Porb deV4140 Sgr varia de forma cíclica mas não estritamente periódica. Estesresultados mostram que a hipótese de terceiro corpo não é adequadapara explicar as variações cíclicas de período observadas em V4140 Sgr.<br>

Abstract : In this work we present the results of the study of cyclical period (Porb)changes in Cataclysmic Variables (CVs). We looked in the literature forall objects the observed-minus-calculated diagrams (O ?? C) of whichare well sampled and accurate and compiled a list of about two dozenCVs that display cyclical period changes. Assuming the third bodyhypothesis as the cause of period changes, we estimated the mass ofthe third body m3 and the separation between the binary and thethird body a3 in each case. The m3 values for short period systems arean order of magnitude smaller than those of the long period systems,whereas the inferred a3 values are independent of Porb. Since CVsevolve towards shorter Porb values, this implies in significant mass lossfrom the third body. We developed a model which assumes that thethird body mass loss is associated to its interaction with the ejecta ofthe recurrent CVs Nova eruptions as well as another model with anempirical fit to the presumed third body mass loss. None of the modelsis able to explain simultaneously the observed behavior of the m3(Porb)and a3(Porb) distributions, because the combined mass loss from thebinary and the third body demands an increase in orbital separationa3 by factors 10-400 for short period systems, in clear disagreementwith the observed distributions. This result shows that the third bodyhypothesis is statistically inconsistent and can not be used to explainthe ciclical period changes observed in CVs. This incompatibility andthe correlation between the amplitude of the modulation and the Porbof the CV reinforce the hypothesis that cyclical period changes are aconsequence of magnetic activity on the solar-type star. The secondpart of the work involved expanding the baseline of monitoring thecyclical period changes of V4140 Sgr by a factor 2, which allowed us tocritically test whether the observed Porb modulation is strictly periodicor not. We used optical data collected at the Observatório do Pico dosDias (OPD/LNA) between 2006 and 2016 to generate time-series ofdifferential photometry, to measure average eclipse times for each year,and to expand the timeline of its (O-C) diagram by a factor 2. Whencombined with the data in the literature, the new eclipse timings revealthat the orbital period of V4140 Sgr changes in a cyclical but not striclyperiodic way. These results show that the third-body hypothesis is notadequate to explain the cyclical period changes observed in V4140 Sgr.