[論文レビュー] Broadband spectral analysis of MXB 1659-298 in its soft and hard state

S. M. Mazzola, R. Iaria+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 63被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、1999年および2015年の活動期間中にXMM-Newton、NuSTAR、Swiftのデータを用いて、中性子星低質量X線連星MXB 1659-298のソフト状態およびハード状態における広帯域X線スペクトル解析を実施した。両状態とも相対論的にスメアリングされた反射成分、コンプトン化された連続スペクトル、およびイオン化された吸収を必要とする。ソフト状態では、ディスクブラックボディとコンプトン化成分（kTe ≈ 2.01 keV）を示すが、ハード状態では高温のコンプトン化成分（kTe > 150 keV）を示し、これはコンパクトなコロナと降着円盤の反射における強い相対論的効果を示唆している。

ABSTRACT

The X-ray transient eclipsing source MXB 1659-298 went in outburst in 1999 and 2015, respectively, during which it was observed by XMM-Newton, NuSTAR and Swift. Using these observations we studied the broadband spectrum of the source to constrain the continuum components and to verify the presence of a reflection component. We analysed the soft and hard state of the source, finding that the soft state can be modelled with a thermal component associated with the inner accretion disc plus a Comptonised component. A smeared reflection component and the presence of an ionised absorber are also requested in the best-fit model. On the other hand, the direct continuum emission in the hard state can be described by a Comptonised component with a temperature larger than 150 keV. Also in this case a reflection component and a ionised absorber are observed.

研究の動機と目的

• MXB 1659-298の異なるX線状態におけるスペクトル連続スペクトルおよび反射成分の理解。
• 広帯域X線データを用いて降着円盤およびコロナの物理的状態を制約すること。
• 源に存在するイオン化された吸収および相対論的反射の有無と性質を調査すること。
• スペクトルフィッティングを用いてコンプトン化プラズマの幾何学的形状および光学的厚さを特定すること。
• 両スペクトル状態における鉄K発光線の相対論的スメアリングの寄与を評価すること。

提案手法

• 1999年および2015年の活動期間中に観測されたXMM-Newton（EPN, RGS）、NuSTAR、Swift/XRTの継続的放射スペクトルの統合。
• ディスクブラックボディ放射のためのdiskbb、熱的コンプトン化のためのnthComp、相対論的にスメアリングされた反射のためのrxfconvを含むXSPECモデルの使用。
• 部分的カバーをモデル化するためのzxipcfの適用、可変な光学的厚さおよびイオン化パラメータを有する。
• 事前の日食タイミング研究に基づき、赤方偏移z = 0、太陽系鉄含有量、および傾斜角θ = 72°を固定。
• 相対論的スメアリングをモデル化するためのrdblurの使用、発光度のパワーローインデックスを用いる。
• エネルギー領域ごとのカイ二乗最小化を実施：ソフト状態では0.4–2 keV（RGS）、0.6–12 keV（EPN）、3–35 keV（NuSTAR）、0.5–9 keV（Swift）；ハード状態では0.45–2 keV、0.6–12 keV、3–55 keV。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MXB 1659-298のソフト状態およびハード状態における連続スペクトルの性質は何か？
• RQ2 相対論的反射およびイオン化された吸収は、両スペクトル状態におけるX線スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ3 ソフト状態およびハード状態におけるコンプトン化プラズマの光学的厚さおよび温度は何か？
• RQ4 鉄K線の線形スペクトルおよび反射正規化は、コロナおよび降着円盤の幾何学的形状にどのような制約を課えるか？
• RQ5 両状態間で吸収物質のイオン化パラメータおよび吸収密度はどのように比較できるか？

主な発見

• ソフト状態スペクトルには、内側温度0.27 ± 0.02 keV、内側ディスク半径50⁺⁵₋₁₀ km（R_in√cosθ）のディスクブラックボディ成分が必要である。
• ソフト状態には、電子温度2.01 ± 0.04 keV、光子指数1.70 ± 0.02のコンプトン化成分が特徴である。
• 両スペクトル状態において、相対論的にスメアリングされた反射成分が必須であり、ソフト状態では反射正規化が0.30 ± 0.08、ハード状態では0.48 ± 0.06である。
• ハード状態では、kTe > 150 keVの高温コンプトン化成分を示し、これはコンパクトで高温のコロナを示唆している。
• イオン化パラメータlog ξは、ソフト状態で2.72⁺⁰.⁰⁷₋₀.¹⁰、ハード状態で1.99⁺⁰.⁰⁴₋₀.¹¹であり、ソフト状態でより高いイオン化状態であることを示している。
• ソフト状態ではコンプトン化プラズマの光学的厚さは8 < τ < 16（光学的に厚い）と推定されるが、ハード状態ではτ < 0.7（光学的に薄い）であり、スペクトルの傾向と整合的である。