Zeeman tomography of magnetic white dwarfs

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methode, die geeignet ist, die Magnetfeldverteilung auf der Oberfläche magnetischer Weißer Zwerge anhand einer Sequenz rotationsphasenaufgelöster Fluss- und zirkular polarisierter Spektren zu bestimmen. Ich habe hierfür ein dreidimensionales Gitter, bestehend aus 46800 theoretischen Stokes I- und V-Profilen berechnet, wobei der Betrag der Magnetfeldstärke, die Magnetfeldrichtung relativ zur Sichtlinie und die Effektivtemperatur freie Parameter sind. Mit Hilfe dieser Datenbank von Modellspektren kann das Zeeman-Spektrum eines magnetischen Weißen Zwergs mit vorgegebener Verteilung der Feldvektoren auf der Oberfläche schnell synthetisiert werden. Zur Parametrisierung des Felds wird einerseits eine abgebrochene Multipolentwicklung, andererseits ein Hybridmodell aus gekippten und dezentrierten zonalen Multipolkomponenten benutzt. Ich habe einen Algorithmus zur Bestimmung der optimal angepassten Feldstruktur ausgehend von einem Satz vorgegebener Spektren entwickelt, der auf einer χ2-Minimierung eines Satzes magnetischer Parameter beruht. Die Optimierungsaufgabe wird mit Hilfe einer Evolutionsstrategie gelöst. Die Methode wurde an synthetischen, künstlich verrauschten Ausgangsspektren getestet. Es zeigte sich, dass die einzelnen Flussspektren ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50--100 aufweisen müssen, um die ursprüngliche Feldgeometrie verlässlich zu rekonstruieren. Ebenso ist das Vorhandensein der wellenlängenabhängigen zirkularen Polarisation erforderlich.Diesem Analyseverfahren wurden zwei Objekte unterzogen, deren phasenaufgelöste Fluss- und zirkular polarisierte Spektren mit dem FORS1-Spektrographen des Very Large Telescope der ESO mit acht Metern Spiegeldurchmesser aufgenommen wurden. Die Ergebnisse lieferten erstmalig detaillierte Karten der Magnetfeldverteilung auf der Sternoberfläche. Für HE 1045-0908 konnte gute Übereinstimmung zwischen den angepassten Modellen und den Beobachtungsdaten erzielt werden. Das Magnetfeld ist hauptsächlich durch eine Quadrupolkomponente gekennzeichnet, und die häufigste Feldstärke auf der Oberfläche ist 16 MG. Bei PG 1015+014 hat das Feld eine komplexere Struktur. Es ist durch Oktupole, möglicherweise auch durch noch höhere Multipole dominiert. Der hauptsächlich vorherrschende Magnetfeldbereich ist 70-80 MG. Es treten Abweichungen zwischen der Beobachtung und den angepassten Modellen auf, die darauf schließen lassen, dass die von uns verwendeten Feldmodelle womöglich zu grob für eine präzise Beschreibung sind.Im Zuge dieser Arbeit konnten die genauesten Feldbestimmungen bei magnetischen Weißen Zwergen gewonnen werden, die es zur Zeit gibt. Zeeman-Tomographie hat sich als geeignete Methode erwiesen, um in Zukunft weiteren Aufschluss über die Magnetfeldeigenschaften magnetischer Weißer Zwerge und ihre Rolle bei der Sternentwicklung zu erhalten.