[論文レビュー] An X-ray Survey of Colliding Wind Binaries

Marc Gagné, G. Fehon+4 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、チャンドラ、XMM-ニュートン、ロサットが観測した36個のO+Oおよび89個のWolf-Rayet (WR)連星系のX線データを統合し、X線特性と系の特徴の関連を調査した。WR連星系は、類似した主星を有するにもかかわらず、X線放射度にほぼ4桁の分散を示しており、大部分が $kT > 0.9$ keV を示す。O+O連星系では、短周期系ではやや軟らかいX線スペクトルを示し、長周期系ではより硬いスペクトルを示すことが判明し、これは密度の高い風衝撃の衝突における薄皮膜混合による冷却を示唆している。

ABSTRACT

We have compiled a list of 36 O+O and 89 Wolf-Rayet binary candidates in the Milky Way and Magellanic clouds detected with the Chandra, XMM-Newton and ROSAT satellites to probe the connection between their X-ray properties and their system characteristics. Of the WR binaries with published parameters, all but two have kT > 0.9 keV. The most X-ray luminous WR binaries are typically very long period systems. The WR binaries show a nearly four-order of magnitude spread in X-ray luminosity, even among among systems with very similar WR primaries. Among the O+O binaries, short-period systems generally have soft X-ray spectra and longer period systems show harder X-ray spectra, again with a large spread in LX/Lbol.

研究の動機と目的

• 大質量連星系におけるX線放射度と系パラメータの関連を調査すること。
• O+OおよびWR連星系におけるX線放射の主因が風衝撃の衝突か、埋め込まれた風衝撃かを特定すること。
• 薄皮膜混合のような風衝撃冷却メカニズムが、観測されたX線スペクトルおよび放射度をどのように形作っているかを評価すること。
• 複数ミッションのデータを用いて、X線放射が顕著なO+OおよびWR連星の包括的かつ最新のカタログを整備すること。

提案手法

• 文献調査を行い、チャンドラ、XMM-ニュートン、ロサットのX線源を、既知のO+OおよびWR連星カタログ（SB9およびvan der Hucht 2001年）と照合した。
• 36個のO+Oおよび89個のWR連星系について、X線フラックス、吸収光学濃度、距離、スペクトルパラメータ（例：$kT$）を収集した。
• 信頼性の高い距離およびフラックス測定値を用いて、吸収補正済み0.5–8 keVのX線放射度（$L_{\rm X}$）および $L_{\rm X}/L_{\rm bol}$ 確率比を計算した。
• 変動する源の $L_{\rm X}$ 評価を向上させるために、複数の観測または機器（例：複数のXMMカメラ）からの中央値X線フラックスを用いた。
• 3次元流体力学的シミュレーションによる風衝撃の衝突を用いて、理論的予測の妥当性を検証した。
• 2つの詳細な表（O+O連星用およびWR連星用）に結果を報告し、参考文献および系パラメータを併記した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O+O連星系において、X線放射度と軌道周期の関係は何か？
• RQ2 同じ主星を有するにもかかわらず、一部のWR連星系が極めて高いX線放射度を示すのはなぜか？
• RQ3 O+OおよびWR連星系において、X線スペクトル温度（$kT$）は軌道周期とともにどのように変化するか？
• RQ4 薄皮膜混合のような冷却メカニズムが、近接連星系におけるX線放射にどの程度影響を与えているか？
• RQ5 O+O連星系において、埋め込まれた風衝撃か風衝撃の衝突が、X線放射の主因であるか？

主な発見

• 公表されたパラメータを持つWR連星系のうち、2例を除きすべてが $kT > 0.9$ keV を示しており、これらの系に高温でエネルギーの高い衝撃が存在していることを示している。
• 最もX線放射度が高いWR連星系は、通常非常に長い周期の系であり、$\log L_{\rm X} \sim 33.0$ cgs であり、$\eta$ Carinaeと類似している。
• WR連星系は、類似したWR主星を有する系であっても、$L_{\rm X}$ にほぼ4桁の分散を示している。
• 短周期O+O連星系（$P < 10$日）は $kT < 0.8$ keV のやや軟らかいX線スペクトルを示し、長周期系では $kT > 1$ keV のより硬いスペクトルを示す。
• O+O連星系では $L_{\rm X}/L_{\rm bol}$ に広い範囲（$-5.9$ から $-7.7$）が見られ、質量放出率が低いことからWR連星系よりも放射度が低い。
• O+O系で $\log L_{\rm X}/L_{\rm bol} < -7$ の場合、埋め込まれた風衝撃がX線放射に顕著に寄与している可能性があり、複雑な衝撃物理学が関与していると示唆される。