[論文レビュー] A limit-cycle model for the binary supersoft X-ray source RX J0513.9-6951

K. Reinsch, A. van Teeseling+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、白色矮星の包層の周期的膨張・収縮が、降着円盤の粘性および放射線照射の周期的変化を引き起こし、X線のオン／オフ状態と光学的最小値を示す140–180日周期を説明する、限界循環モデルを提案する。このモデルは、粘性時間スケールを用いてX線オン状態の40日間持続と2日間の遷移を再現し、白色矮星の半径はケルビン＝ヘルムホルツ時間スケールで変化し、円盤は約40日間の粘性時間スケールで再充填される。

ABSTRACT

We present new results of our X-ray monitoring of the transient binary supersoft X-ray source RX J0513.9-6951 in the LMC and of our re-analysis of optical light curves obtained during the MACHO project. We have covered a complete X-ray outburst cycle with the ROSAT HRI detector. From the amplitude and timescale of the soft X-ray variability, tight limits are derived for the temporal behaviour of the white-dwarf radius and the effective temperature of its envelope. A limit-cycle model is proposed to explain the observed optical and X-ray variability, the characteristic timescales of the durations of the X-ray on and off states, and those of the transitions between both states. Our observations confirm that the radius changes of the white-dwarf envelope occur on the Kelvin-Helmholtz timescale. The duration of the X-ray on and off states is compatible with the viscous timescales of the inner and outer accretion disk, respectively.

研究の動機と目的

• X線のオン／オフ状態と光学的最小値の140–180日周期を示す、一時的連星スーパーソフトX線源RX J0513.9–6951を説明すること。
• X線オン状態とオフ状態の間の遷移を支配する物理的時間スケールを特定し、降着円盤および白色矮星の力学的挙動と関連付けること。
• 星 spots などの外部要因を必要としない自己持続的限界循環メカニズムによって、観測された変動が説明可能かどうかを検証すること。
• ROSAT HRI および MACHO の光学光曲線データを用いて、白色矮星の包層半径および効果的温度の変動を制約すること。

提案手法

• X線増幅サイクル全体をカバーするROSAT HRIのモニタリングにより、ソフトX線放射束の変動を測定し、白色矮星の半径および効果的温度の変動に対する厳密な制限を導出する。
• MACHOプロジェクトの光学光曲線を再分析し、光学的最小値とX線状態の遷移を相関付ける。
• 白色矮星の包層を、降着率の変化に応じて半径および温度が変化する熱的脈動構造としてモデル化する。
• 粘性時間スケールの計算において、$ t_{\text{visc,h}} \sim 40 \left(\alpha/0.1\right)^{-1} \left(R_h / 3\times10^{10}\ \text{cm}\right) $ 日を用い、$ H/R \simeq 0.03 $ および $ c_s \simeq 3\times10^6 $ cm s⁻¹ を仮定する。
• 白色矮星の半径の収縮・拡張の時間スケールを推定するために、ケルビン＝ヘルムホルツ時間スケールを用いる。
• 残留X線放射束の変動を位相畳み込み、特に約0.76日間の軌道周期を含む周期性を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RX J0513.9–6951における140–180日周期のX線オン／オフ状態の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ2 X線オン状態（約40日間）、オフ状態、および状態間の遷移の時間スケールが、降着円盤および白色矮星の包層における粘性時間スケールおよび熱的時間スケールとどのように関係しているか？
• RQ3 観測された光学的およびX線的変動は、白色矮星の包層の膨張・収縮を含む自己持続的限界循環によって説明可能か？
• RQ4 円盤の粘性および放射線照射が、白色矮星への降着率をどのように調節しているか？
• RQ5 白色矮星の効果的温度および半径が状態遷移中に急速に変化するモデルは、観測された変動と整合的か？

主な発見

• X線オン状態は約40日間持続し、放射束の低下時間定数は $ 34 \pm 6 $ 日間であり、粘性時間スケールの推定値と整合的である。
• X線オン状態とオフ状態の間の遷移は2–4日間で発生しており、白色矮星の効果的半径および温度の急激な変化を示唆している。
• 白色矮星の半径はケルビン＝ヘルムホルツ時間スケールで変化し、X線の点灯時に半径が7倍以上減少し、それに伴い効果的温度が $ \gtrsim 3 $ 倍に増加する。
• 包層の収縮後に内側円盤の空洞を埋めるための粘性時間スケールは約40日間と推定され、観測されたX線オフ状態の持続期間と一致する。
• 光学光曲線の最小値は約40日間持続し、X線オン状態と同期しており、光学的変動が円盤の放射線照射変化によって駆動されているというモデルを支持する。
• 短期間のX線変動において、2σ信号を除き、0.4075日を除く周期性は検出されず、放射束変動に強い軌道的モodulationがないことを示唆している。