[論文レビュー] A test for the theory of colliding winds: the periastron passage of 9 Sagittarii I. X-ray and optical spectroscopy

G. Rauw, R. Blomme+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2016

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 79被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、2013年の近日点通過期にXMM-NewtonによるX線分光およびHERMESによる光学分光を用いて、質量の大きな連星系9 Sagittariiにおける衝突風理論を検証した。硬いX線放射が近日点でピークに達するが、予想される1/rの比例則から逸脱しており、放射抑制および位相依存の粒子加速が衝突波の性質に影響を与えていることを示唆している。一方、モデル予測では強く発光すると予想されるが、近日点におけるFe xxv線放出は予想に反して弱い。

ABSTRACT

The long-period, highly eccentric O-star binary 9 Sgr, known for its non-thermal radio emission and its relatively bright X-ray emission, went through its periastron in 2013. Such an event can be used to observationally test the predictions of the theory of colliding stellar winds over a broad range of wavelengths. We have conducted a multi-wavelength monitoring campaign of 9 Sgr around the 2013 periastron. In this paper, we focus on X-ray observations and optical spectroscopy. The optical spectra allow us to revisit the orbital solution of 9 Sgr and to refine its orbital period to 9.1 years. The X-ray flux is maximum at periastron over all energy bands, but with clear differences as a function of energy. The largest variations are observed at energies above 2 keV, whilst the spectrum in the soft band (0.5 - 1.0 keV) remains mostly unchanged indicating that it arises far from the collision region, in the inner winds of the individual components. The level of the hard emission at periastron clearly deviates from the 1/r relation expected for an adiabatic wind interaction zone, whilst this relation seems to hold at the other phases covered by our observations. The spectra taken at phase 0.946 reveal a clear Fe xxv line at 6.7 keV, but no such line is detected at periastron (phi = 0.000) although a simple model predicts a strong line that should be easily visible in the data. The peculiarities of the X-ray spectrum of 9 Sgr could reflect the impact of radiative inhibition as well as a phase-dependent efficiency of particle acceleration on the shock properties.

研究の動機と目的

• 近日点通過期における多波長観測を用いて、質量の大きな連星系における衝突風理論の予測を検証すること。
• 非熱的電波放射と明るいX線放射が特徴の9 SagittariiにおけるX線および電波放射の起源を調査すること。
• X線放射度の変動が、断熱的風相互作用領域における予想される1/r依存性に従うかどうかを確認すること。
• 放射抑制および粒子加速が衝突波の性質やスペクトル特徴をどのように形作るかを評価すること。
• 高分解能光学分光を用いて9 Sgrの軌道解を精緻化すること。

提案手法

• 2013年の近日点通過期に、XMM-Newtonを用いたX線分光およびHERMES分光計を用いた光学分光による9 Sgrの多波長モニタリング。
• エネルギー帯域（ソフト：0.5–1.0 keV、ハード：>2 keV）におけるX線光度曲線およびスペクトルエネルギー分布の分析により、放射成分を分離すること。
• 高分解能X線スペクトルを用いて6.7 keVにおけるFe xxvの放出を検出・測定し、その位相依存性を評価すること。
• 観測されたX線放射度の変動を、断熱的風相互作用領域における理論的1/r比例則と比較すること。
• 放射抑制および粒子加速の効果を含む衝突波ダイナミクスのモデル化により、1/r比例則からの逸脱を説明すること。
• 今後の電波光度曲線データ（2 cm）との照合による、硬いX線と電波放射度の変動の相関を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 9 SagittariiのX線放射度は、断熱的風相互作用モデルが予測するように近日点で1/r依存性を示すか？
• RQ2 モデル予測では強く検出可能とされるが、近日点（φ = 0.000）で6.7 keVのFe xxv Kα線が欠落しているのはなぜか？
• RQ3 放射抑制および粒子加速が、衝突風連星系における衝突波の性質およびX線放射に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 ソフトX線放射（0.5–1.0 keV）はどのように軌道位相に依存するか？これはその起源に何を示唆するか？
• RQ5 硬いX線放射度と電波放射度の変動に相関があるか？これは粒子加速といった共通の物理的駆動要因を示唆するか？

主な発見

• 光学分光を用いた解析により、9 Sgrの軌道周期が9.1年と精緻化され、今後の近日点観測のためのエフェメリスが向上した。
• 全エネルギー帯域でX線放射度が近日点で最大に達しており、風の衝突に起因する予想される増幅が確認された。
• ハードX線放射（2 keV以上）は、断熱的風相互作用の予想される1/r比例則から著しく逸脱しており、位相依存の変動が顕著に観測された。
• ソフトX線放射（0.5–1.0 keV）は位相依存性が最小限であり、衝突領域ではなく個々の星の内側の風からの起源であると示唆された。
• 位相0.946で強いFe xxv線（6.7 keV）が検出されたが、近日点（φ = 0.000）では予想に反して欠落していた。
• 観測された1/r比例則からの逸脱および近日点におけるFe xxv線の欠落は、放射抑制および位相依存の粒子加速が衝突波の性質およびX線放射を顕著に変化させていることを示唆している。