Mass transfer and hydrogen burning in white dwarf binaries

The thesis is devoted to a study of mass transfer, non-explosive hydrogen burning and the effects of the magnetic field in cataclysmic variables (CVs) in the context of their evolution and possible paths to Supernovae type Ia. I focused on the observational properties of CVs hosting massive white dwarfs (WDs) and/or accreting at high rate. My aims were to detect signatures of quiescent hydrogen burning, follow novae as they settle into quiescence and to assess whether the WD magnetic field alters secular evolution and the outcome of the nova explosions. The thesis consists of three chapters. The first one focuses on observations of VY Scl-type nova-like systems, or "anti-dwarf novae'', exploring the idea that they can burn hydrogen during their optical low states. I analysed all the available archival X-ray and UV observations, in both, their high and their low states, and found that the proposed hydrogen burning at high atmospheric temperatures is ruled out. VY Scl-type stars cannot be Supernova type Ia progenitors since they either burn hydrogen but have too low-mass WDs or undergo rare nova explosions, expelling more material than was accreted. In the second chapter I investigate two post-novae with massive WDs, confirming the magnetic nature of one of them, and revealing that the second one is an intermediate polar candidate. I also show that a nova explosion in a magnetic system can leave an imprint on the surface of a WD, detectable in soft X-rays for several years after the explosion. It may be due to residual localized hydrogen burning, but a more likely explanation is a temperature gradient in the WD atmosphere. The last chapter represents monitoring of the old magnetic nova GK Per performed with Swift, Chandra and NuSTAR telescopes during its recent dwarf nova outburst. The main goal was to study the effects of increased mass transfer through the disk in a magnetic system. I measured the WD spin-up rate, localized the emission sites of different spectral components, revealed shrinking of the inner radius of accretion disk and redistribution of the accretion energy as the mass transfer grows.

Questa Tesi è dedicata allo studio del trasferimento di massa, del bruciamento non-esplosivo dell'idrogeno e degli effetti del campo magnetico nelle variabili cataclismiche (CVs), nel contesto della loro evoluzione e della possibile relazione con le Supernovae di tipo Ia (SN Ia). Mi sono concentrata sulle proprietà osservative di CV contenenti nane bianche (WD) massicce e/o che accrescono rapidamente materia. I miei obiettivi sono stati: rilevare diagnostiche di bruciamento quiescente dell'idrogeno, seguire novae che ritornano nella fase quiescente e valutare se il campo magnetico di una WD può alterare l'evoluzione secolare e il risultato delle esplosioni di nova. La tesi è composta da tre capitoli. Il primo capitolo riguarda le osservazioni di sistemi nova-like di tipo VY Scl, o "anti-novae-nane'' (anti-dwarf novae), e vi esploro l'idea che questi sistemi brucino idrogeno durante i loro stati di bassa luminosità ottica. Ho analizzato tutte le osservazioni di archivio nelle bande X e UV, durante gli stati di luminosità ottica elevata e bassa, e ho scoperto che, se anche avviene il bruciamento dell'idrogeno, la temperatura atmosferica non è elevata. Le stelle di tipo VY Scl non possono essere le progenitrici delle SN Ia perchè o bruciano idrogeno ma WD sono di piccola massa, o avvengono rare esplosioni di nova, in cui espellono più massa di quella che hanno accresciuto. Nel secondo capitolo ho studiato due post-novae con nane bianche massicce, confermando la natura magnetica di una di esse, e rivelando che la seconda è una candidata "polare intermedia''. Ho dimostrato anche che un'esplosione di nova in un sistema magnetico può lasciare un'impronta sulla superficie di una WD, osservabile ai raggi X per alcuni anni dopo l'esplosione. Questo effetto può essere dovuto a residuo bruciamento localizzato di idrogeno, ma la spiegazione più probabile è un gradiente di temperatura nell'atmosfera della WD. L'ultimo capitolo descrive come abbiamo seguito la vecchia nova magnetica GK Per con i telescopi spaziali Swift, Chandra e NuSTAR durante la recente esplosione di nova-nana. Il principale obiettivo è stato quello di studiare gli effetti di un aumento di trasferimento di massa attraverso il disco in un sistema magnetico. Ho misurato l'accelerazione delle rotazione della WD, ho localizzato i siti di emissione delle diverse componenti spettrali, e rivelato il restringimento del raggio interno del disco di accrescimento e la ridistribuzione dell'energia dovuta all'accrescimento di materia durante il periodo di aumento del trasferimento di massa.