000-BNG-512

Other names for 000-BNG-512:  J1832.4-1627, USNO-B1.0 0735-0599207, Gaia DR2 4102856333775127296, SMSS J183221.56-162724.2, ZTF19aazhpao, Gaia21btr
Coordinates J2000: 18:32:22 -16:27:24

The first star system of its kind, discovered at Calar Alto Observatory

J1832.4-1627 is the first eclipsing stream-fed intermediate polar

J1832.4-1627 ist der erste stromgespeiste Intermediär Polare Bedeckungsveränderliche

As part of the Space Situational Awareness Program of the European Space Agency (ESA), Erwin Schwab, amateur astronomer and volunteer scientist for ESA, was searching for the lost comet P/2012 K3 (Gibbs) using the 0.8m Schmidt telescope at Calar Alto, Spain. In the night from 26th to 27th July 2019 he took pictures from the predicted area in the constellation Sagittarius. The comet could not be found. But during the evaluation he noticed a star, which suddenly disappeared from one picture to the next.

Im Rahmen des Space Situational Awareness Program der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) suchte Erwin Schwab, Amateurastronom und ehrenamtlicher Wissenschaftler der ESA, mit dem 0,8m-Schmidt-Teleskop auf dem Calar Alto (Spanien) nach dem verlorenen Kometen P/2012 K3 (Gibbs). In der Nacht vom 26. auf den 27. Juli 2019 machte er Bilder des vorhergesagten Gebietes im Sternbild Schütze. Der Komet konnte nicht gefunden werden. Doch bei der Auswertung fiel ihm ein Stern auf, der plötzlich von einem Bild zum nächsten verschwand.

The animated discovery images of J1832.4-1627 in the night from 26. to 27. July 2019, consisting of 13 pictures with one minute exposure each. The star (in the middle) becomes invisible from one exposure to the next. The shown field is a small cutout of the total field of view. The light curve of the discovery night, see below.

After further observation nights, Schwab was able to detect several deep eclipses, which lasted about half an hour. He found out that it is an unknown cataclysmic variable star, probably of the very rare DQ Herculis type. This is a binary star system, also called intermediate polar (IP), consisting of a white dwarf primary star and a red dwarf secondary star. The red dwarf has filled its Roche lobe and matter is being drawn off, onto the surface of the white dwarf star. Seen from the earth, the brighter white dwarf star is periodically obscured by the darker red dwarf, which explains the apparent disappearance.

Nach weiteren Beobachtungsnächten konnte Schwab mehrere tiefe Bedeckungen erkennen, die etwa eine halbe Stunde dauerten. Er fand heraus, dass es sich um einen unbekannten Kataklysmischen Veränderlichen Stern handelt, wahrscheinlich vom sehr seltenen DQ Herculis-Typ. Dies ist ein Doppelsternsystem, auch Intermediär Polar (IP) genannt, bestehend aus einem Weißen Zwerg Primärstern und einem Roten Zwerg Sekundärstern. Der Rote Zwerg hat seine Roche-Grenze gefüllt und es wird Materie auf die Oberfläche des Weißen Zwergsterns abgesaugt. Von der Erde aus gesehen wird der hellere Weiße Zwerg periodisch durch den dunkleren Roten Zwerg verdeckt, was das scheinbare Verschwinden erklärt.

The new variable star was reported to the American Association of Variable Star Observers (AAVSO) [1] and got the AAVSO Unique Idetifier (AUID) 000-BNG-512 in the International Variable Star Index (VSX) [2]. Schwab was registered as discoverer together with the Pan-STARRS team, who has also independently noticed the variability with an automatic survey. But the Pan-STARRS team had classified the object incorrectly as RR Lyr star and determined a wrong period [3], as it turned out.

Der neue Veränderliche Stern wurde der American Association of Variable Star Observers (AAVSO) [1] gemeldet und erhielt den AAVSO Unique Identifier (AUID) 000-BNG-512 im International Variable Star Index (VSX) [2]. Schwab wurde als Entdecker registriert zusammen mit dem Pan-STARRS-Team, welches unabhängig die Variabilität mit einer automatischen Himmelsdurchmusterung feststellte. Das Pan-STARRS-Team hatte jedoch das Objekt fälschlicherweise als RR-Lyr-Stern klassifiziert und die Periode nicht korrekt bestimmt [3], wie sich herausstellte.

To cover the timespan while it is daylight in Spain, Paul Breitenstein, teacher and founder of AiM (Astronomy and Internet in Münster, Germany) [4], provided additional observations using remote controlled telescopes in Australia and Hawaii. The orbital period of the binary star system of 8.87 hours could be determined. Furthermore, it could be proved a sinusoidal secondary period of about 1 hour with unusually high amplitude, which is the spin period of the white dwarf. The resultes were published by Schwab & Breitenstein 2019 [5] in the BAV-Rundbrief, a german circular of variable star observers and in the german VdS Journal for Astronomy [6]. The Astronomy Award from the Physical Society at Frankfurt am Main, Germany, was given for this work in 2020.

Um die Zeitspanne während des Tageslichts in Spanien abzudecken lieferte Paul Breitenstein, Lehrer und Gründer von AiM (Astronomy and Internet in Münster, Germany) [4], zusätzliche Beobachtungen mit ferngesteuerten Teleskopen in Australien und Hawaii. Die Umlaufzeit des Doppelsternsystems von 8,87 Stunden konnte ermittelt werden. Weiterhin konnte eine sinusförmige Sekundärperiode von ca. 1 Stunde mit ungewöhnlich hoher Amplitude nachgewiesen werden, welche die Rotationsperiode des Weißen Zwergs widerspiegelt. Die Ergebnisse wurden von Schwab & Breitenstein 2019 [5] im Rundbrief der BAV (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e. V.) und im VdS Journal für Astronomie 2020 [6] veröffentlicht. Der Astronomie Preis des Physikalischen Vereins in Frankfurt am Main wurde für diese Arbeit 2020 vergeben.

Breitenstein and Schwab observed the object continuously in the following two years (2020 and 2021) in order to determine the spectral class of the red dwarf star and to verify whether there exists an accretion disk or not. Together with Klaus Beuermann, an expert in intermediate polars, emeritus professor at  the University of Göttingen (Germany), further important physical parameters were determined, such as star masses and diameters, temperatures, luminosities, orbit inclination, spectral class and magnetic forces. Furthermore an oscillation of the eclipse ingress and egress times were observed, which indicates that the source of the main emission circles around the white dwarf star’s rotation axis. During this three-years observation period, no accretion disk could be detected. Finaly Beuermann, Breitenstein and Schwab identify this object as the first known eclipsing stream-fed intermediate polar, a long-sought type of star system. The work was accepted in October 2021 for publication in the scientific journal Astronomy & Astrophysics (A&A) [7].

Breitenstein und Schwab beobachteten das Objekt in den folgenden zwei Jahren (2020 und 2021) kontinuierlich, um die Spektralklasse des Roten Zwergsterns zu bestimmen und zu überprüfen, ob eine Akkretionsscheibe existiert oder nicht. Zusammen mit Klaus Beuermann, Experte für Intermediär Polar Veränderliche Sterne, emeritierter Professor der Universität Göttingen, wurden weitere wichtige physikalische Parameter wie Sternmassen und -durchmesser, Temperaturen, Leuchtkraft, Bahnneigung, Spektralklasse sowie magnetische Kräfte bestimmt. Darüber hinaus wurde eine Oszillation der Eintritts- und Austrittszeiten der Bedeckung beobachtet, was darauf hindeutet, dass die Quelle der Hauptemission um die Rotationsachse des Weißen Zwergsterns kreist. Während der dreijährigen Beobachtungskampagne konnte keine Akkretionsscheibe nachgewiesen werden. Schließlich identifizieren Beuermann, Breitenstein und Schwab dieses Objekt als den ersten bekannten stromgespeisten Intermediär Polaren Bedeckungsveränderlichen, ein lange gesuchtes Sternensystem. Die Arbeit wurde zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics (A&A) im Oktober 2021 akzeptiert [7].

Artist’s impression of a diskless, stream-fed Intermediate Polar. The white dwarf is roughly earth’s size and the red dwarf about half of the sun. The distance from each other is small, about the diameter of the sun. The matter flows directly to the white dwarf star and is flipping from one magnetic pole to the other, synchonized to its rotation period.

Typical for almost all previously known intermediate polars is that the flow of matter first hits an accretion disk before reaching the surface of the white dwarf star. But in case of J1832.4-1627 (AUID: 000-BNG-512) there is no evidence for the presence of an accretion disk, which should be visible in the light curve. It is a diskless accretor, were the matter flows directly to the magnetic poles of the white dwarf star (see artist’s impression). The only other serious contender among intermediate polars for the so far small group of diskless, stream-fed accretors is V2400 Oph, which was found after intense searches over decades. Unfortunately V2400 Oph has the disatvantage that the eclipse can not be seen from earth, because of unfavorable orbit inclination (~10°). This fact prevents the determination of some important system parameters.

Typisch für fast alle bisher bekannten Intermediär Polar Veränderlichen ist, dass der Materiestrom zunächst auf eine Akkretionsscheibe trifft, bevor er die Oberfläche des Weißen Zwergsterns erreicht. Im Fall von J1832.4-1627 (AUID: 000-BNG-512) gibt es jedoch keinen Hinweis auf das Vorhandensein einer Akkretionsscheibe, die in der Lichtkurve sichtbar sein sollte. Es handelt sich um einen scheibenlosen Akkretor, bei dem die Materie direkt zu den magnetischen Polen des Weißen Zwergs strömt (siehe künstlerische Impression). Der einzige andere ernsthafte Kandidat unter den Intermediären Polaren für die bisher kleine Gruppe von scheibenlosen, stromgespeisten Akkretoren ist V2400 Oph, welcher nach jahrzehntelanger intensiver Suche gefunden wurde. Leider hat V2400 Oph aber den Nachteil, dass die Bedeckung wegen ungünstiger Bahnneigung (~10°) von der Erde aus nicht zu sehen ist. Diese Tatsache verhindert die Bestimmung einiger wichtiger Systemparameter.

Especially it was even possible to determine the tilt angle between the white dwarf magnetic axis and its rotation axis to be ~21° using the oscillation of eclipse ingress and egress times. Schwab found a further methode, described in the BAV-Rundbrief 4/2021 [8], by measuring the distance of the two maxima in the rotational phase lightcurve, which led to a similar result.

Insbesondere war es sogar möglich den Neigungswinkel zwischen der magnetischen Achse des Weißen Zwergs und seiner Rotationsachse mit ~21° zu bestimmen, wofür die Oszillation der Eintritts- und Austrittszeiten der Bedeckung gemessen wurde. Schwab fand eine weitere Methode, beschrieben im BAV-Rundbrief 4/2021 [8], anhand der Messung des Abstands der zwei Maxima in der Lichtkurve der Rotationsphase, was zu einem ähnlichen Ergebnis führte.

J1832.4-1627 shows the combination of deeply eclipsing and diskless stream-accreting geometry, which is unique. Beuermann, Breitenstein & Schwab come to the conclusion, that „there exists presently no similar object and its eclipsing nature emphasizes the potential it carries for studies of its evolutionary status and further evolution“. The referee for the A&A paper highlights the importance of this discovery with the following remark „…only several days before I was asked to review this manuscript, I had been lamenting the fact that no deeply eclipsing, stream-accreting IPs were known. I’m glad that this void has been filled.“

J1832.4-1627 zeigt die einzigartige Kombination aus Veränderlichkeit aufgrund gegenseitiger Bedeckung der Doppelsternkomponenten und scheibenloser stromgespeister Akkretionsgeometrie. Beuermann, Breitenstein & Schwab kommen zu dem Schluss, dass „derzeit kein ähnliches Objekt existiert und seine verfinsternde Natur das Potenzial unterstreicht, das es für Studien des evolutionären Status sowie der weiteren Entwicklung birgt“. Der Gutachter des A&A-Papiers betont die Wichtigkeit dieser Entdeckung mit der folgenden Bemerkung: „…nur einige Tage bevor ich gebeten wurde, dieses Manuskript zu überprüfen, beklagte ich die Tatsache, dass kein stromgespeister IP, der zudem eine tiefe Bedeckung zeigt, bisher bekannt war. Ich bin froh, dass diese Lücke gefüllt wurde.“

To Press Release of the Calar Alto Observatory

[1] Discovery Report for AAVSO
[2] VSX entry
[3] Sesar, B., Hernitschek, N., Mitrovi ´c, S., et al. 2017, Machine-learned Identification of RR Lyrae Stars from Sparse, Multi-band Data: The PS1 Sample, AJ, 153, 204
[4] Astronomy and Internet in Münster (AiM), an educational initiative for astronomy 2.0 in the Münsterland (Germany)
[5] Schwab, E. & Breitenstein, P. 2019, Entdeckung des veränderlichen Sterns 000-BNG-512, dessen Klassifizierung als DQ-Herculis-Typ sowie die Bestimmung der Perioden, BAV-Rundbrief, 68, 187
[6] Schwab, E. & Breitenstein, P. 2020, Entdeckung des Kataklysmischen Veränderlichen 000-BNG-512. VdS-Journal für Astronomie, 74, 112
[7] Beuermann, K., Breitenstein, P. & Schwab, E., J1832.4-1627, the first eclipsing stream-fed intermediate polar, A&A, download via arXiv
[8] Schwab, E. 2021, Simulation der Rotationslichtkurve von Intermediate-Polar-Veränderlichen, Vergleich mit den Messungen des IP J1832.4-1627 (AUID: 000-BNG-512) sowie die Bestimmung der Lage der magnetischen Achse des Weißen Zwergsterns, BAV-Rundbrief, 70, 205


Lightcurve of Discovery night – ingress of eclipse

discovery lightcurve

Photometric data (light curve) for the discovery night, the ingress of eclipse – Calar Alto Schmidt – Erwin Schwab


Variable Star @ cds-portal
Reference Star @ cds-portal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gaia21btr