[論文レビュー] BeppoSAX observations of the nearby low-mass X-ray binary and fast transient SAX J1819.3-2525

J. J. M. in ’t Zand, E. Kuulkers+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、1999年の巨大噴出後の静穏状態およびフレア状態における近接低質量X線連星SAX J1819.3–2525のBeppoSAX観測を報告し、6.85 ± 0.02 keVに強い、高度にイオン化されたFe-K線発光が検出された。この線の等価幅は0.3–1 keVであり、光電離プラズマからの蛍光発光を示している。連続スペクトルは降着ディスクコロナと整合的であり、高い傾斜角を持つジェット構造が観測されるにもかかわらず、軌道的モodulationの欠如は、この高速トランジエント系における複雑な降着ダイナミクスを示している。

ABSTRACT

SAX J1819.3-2525 is a nearby X-ray transient which exhibited a fast and large X-ray outburst on Sep. 15, 1999 (Smith et al. 1999). The Wide Field Cameras and the Narrow Field Instruments (NFI) on board BeppoSAX observed SAX J1819.3-2525 at various stages of its activity before that, in the spring and fall of 1999. The fluxes range between 0.012 and 0.3 Crab units (2-10 keV). The NFI observation is unique because it is the longest semi-continuous observation of SAX J1819.3-2525 so far, and it offers a study of the spectrum at a relatively high resolution of 8% full width at half maximum at 6 keV. We discuss the observations with emphasis on the X-ray spectrum. A strong Fe-K emission line was detected in SAX J1819.3-2525 with an equivalent width between 0.3 and 1 keV. The line energy is up to 6.85 +/- 0.02 keV and suggests the presence of highly ionized iron. We identify this as fluorescent emission from a photo-ionized plasma. The continuum spectrum is typical for a low-mass X-ray binary in which emission from an accretion disk corona plays an important role. There is no sign of an eclipse or periodic signal due to the binary orbit in this exposure, despite the fact that the twin jets seen at radio wavelengths suggest a high inclination angle.

研究の動機と目的

• 巨大噴出に続くSAX J1819.3–2525の静穏状態およびフレア状態におけるX線スペクトル的・時間的挙動を調査すること。
• BeppoSAXデータのスペクトル解析を通じて、この近接低質量X線連星におけるコンパクト天体の性質を特定すること。
• 観測されたX線変動の起源と、高傾斜角のジェット構造が示唆されるにもかかわらず、軌道的モodulationが観測されない理由を調査すること。
• 距離が0.4 kpcと近接していることの意味を踏まえ、静穏状態におけるX線光度とコンパクト天体の性質を制約すること。

提案手法

• 1999年春と秋のBeppoSAX WFCおよびNFI観測データを用い、複数の放射度状態をカバーした分析。
• NFIデータのスペクトルフィッティングに、パワー則連続スペクトル、相対論的に幅広いFe-K線、吸収成分を含むモデルを適用。
• NFIの400秒時間分解能の光度曲線を用い、200 ksにわたる半連続的観測における放射度変動を検討。
• X線光度と光学・電波データを比較し、多波長挙動とバンド間の時間遅れを評価。
• PCA監視データを用いた光度上昇限界の推定と、NFIスペクトルからの外挿を用いた静穏状態光度の上限推定。
• Rutledgeら（1999年）が提唱した、静穏状態X線発光に基づくコンパクト天体の性質を判別する診断ツールの適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SAX J1819.3–2525で観測されたFe-K線発光の性質は何か？ これはコンパクト天体周辺のプラズマ状態をどのように示唆するか？
• RQ2 SAX J1819.3–2525のX線連続スペクトルは、静穏状態の低質量X線連星の標準的モデルとどのように一致するか？
• RQ3 電波ジェット構造から高傾斜角連星系であると推定されるにもかかわらず、なぜ検出可能な軌道的モodulationや食が観測されないのか？
• RQ4 巨大噴出に続く急速な変動および活動の急激な停止を説明するメカニズムは何か？
• RQ5 静穏状態X線光度の上限は、コンパクト天体が中性子星かブラックホールかを制約するのに役立つか？

主な発見

• 6.85 ± 0.02 keVに強いFe-K線発光が検出され、等価幅は0.3–1 keVの間であった。これは、光電離プラズマからの発光を示している。
• 連続スペクトルは、静穏状態の低質量X線連星で一般的な降着ディスクコロナからの発光と整合的である。
• NFI観測において、軌道的モodulationや食の兆候は観測されなかったが、これは電波ジェットから推定される高傾斜角系と矛盾しない。
• 放射度は0.012～0.3 Crab単位（2–10 keV）の間で変動し、フレア期のピーク放射度は巨大噴出期のピークより1～2桁低い。
• 静穏状態X線光度の上限は、0.4–120 keVバンドで<8×10³² erg s⁻¹（d/0.4 kpc）²であり、NFI観測と類似したスペクトルを仮定した場合の値である。
• 距離が0.4 kpcと近接しているため、このシステムは高速X線トランジエントの静穏状態発光を研究する上で好適な対象であるが、パulsationやタイプIバーストの欠如により、コンパクト天体の性質は依然として不明である。