[論文レビュー] A Detailed Study of 2S 0114+650 with the RXTE

S. A. Farrell, R. K. Sood+2 more|Oct 5, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、RXTEデータを用いて、高質量X線連星2S 0114+650のパルス、軌道、およびスーパー軌道的 timescales におけるX線変動を分析した。スーパー軌道的変調は、ディスクの進動や遮蔽ではなく、質量降着レートの変動に起因しており、スーパー軌道的最小期におけるスペクトルの硬化は、降着レートの変動を示している。

ABSTRACT

We present the results of a detailed study of the high mass X-ray binary 2S 0114+650 made with the pointed instruments onboard the Rossi X-ray Timing Explorer. The spectral and temporal behaviour of this source was examined over the pulse, orbital, and super-orbital timescales, covering $\sim$2 cycles of the 30.7 d super-orbital modulation. Marginal evidence for variability of the power law photon index over the pulse period was identified, similar to that observed from other X-ray pulsars. If this variability is real it can be attributed to a varying viewing geometry of the accretion region with the spin of the neutron star. Variability of the neutral hydrogen column density over the orbital period was observed, which we attribute to the line of sight motion of the neutron star through the dense circumstellar environment. A reduction in the power law photon index was observed during the orbital maximum, which we speculate is due to absorption effects as the neutron star passes behind a heavily absorbing region near the base of the supergiant companion's wind. No significant variability of the column density was observed over the super-orbital period, indicating that variable obscuration by a precessing warp in an accretion disc is not the mechanism behind the super-orbital modulation. In contrast, a significant increase in the power law photon index was observed during the super-orbital minimum. We conclude that the observed super-orbital modulation is tied to variability in the mass accretion rate due to some as yet unidentified mechanism.

研究の動機と目的

• 長期間にわたるRXTE観測を用いて、2S 0114+650における30.7日周期のスーパー軌道的変調の起源を調査すること。
• スーパー軌道的変調が、回転する降着ディスクによる遮蔽によって駆動されているのか、あるいは他のメカニズムによるのかを特定すること。
• パルス、軌道、スーパー軌道的 timescales におけるスペクトル的・時間的変動を検討し、降着の幾何学的・力学的性質を制約すること。
• 本システムが超低速X線パルサーを有し、複雑な降着行動を示すという仮説を検証すること。

提案手法

• 30.7日周期のスーパー軌道的変調を特徴付けるために、8.5年間のRXTE全天モニタ（ASM）データの分析。
• 3–50 keV範囲のPCAおよびHEXTEデータのスペクトルフィッティングに、高エネルギー端の指数的カットオフを伴う吸収されたパワー・レイトモデルを用いる。
• スペクトルパラメータ（フォトン指数、吸収量）を軌道的およびスーパー軌道的位相と照らし合わせ、変動を検出するための相互相関分析。
• 視線方向の吸収と視点幾何学的変化を伴うモデルと、観測された吸収量およびフォトン指数の変動を比較する。
• パルスプロファイルの形状および位相別スペクトル的挙動の検討により、中性子星のスピンおよび降着領域の幾何学的性質を推定する。
• リフレクション特徴および鉄ライン発光の検討により、スーパー軌道的変調の駆動要因としての可変リフレクションを除外する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2S 0114+650における30.7日周期のスーパー軌道的変調は、回転する降着ディスクによる遮蔽によって引き起こされているか？
• RQ2 フォトン指数は、パルス、軌道、スーパー軌道的周期の間でどのように変化するか？
• RQ3 観測された軌道的変調は、超巨星伴星の周囲環境を通過する視線方向の運動によるものか？
• RQ4 スーパー軌道的吸収量の変動が認められないことから、ディスクのねじれがスーパー軌道的変調の原因である可能性は排除できるか？
• RQ5 スーパー軌道的最小期に観測されたスペクトルの硬化を引き起こすメカニズムは何か？

主な発見

• スーパー軌道的周期中に中性水素吸収量に顕著な変動は認められず、30.7日周期の変調の原因として回転するディスクによる遮蔽は排除された。
• スーパー軌道的最小期にパワー・レートフォトン指数が顕著に増加しており、スペクトルのソフト化を示している。
• 軌道的変調は、吸収量およびフォトン指数の変動に関連しており、中性子星が超巨星伴星の密度の高い風を通過しているための可能性が高い。
• フォトン指数におけるパルス周期の変動に関するわずかな証拠は、降着領域の視点幾何学的変動を示唆している。
• 強力な鉄発光またはリフレクション特徴が観測されないことは、ねじれたディスクによる可変リフレクションが原因でないことを示唆している。
• スーパー軌道的変調は、未知のメカニズムによる質量降着レートの変動によって最もよく説明され、遮蔽やリフレクションによるものではない。