[論文レビュー] Characterizing the Low-Frequency QPO behavior of the X-ray Nova XTE J1550-564

Gregory J. Sobczak, Ronald A. Remillard+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ブラックホールX線新星XTE J1550-564のRXTE観測全209件を分析し、位相遅れ、コherー二ンス、パワースペクトルを用いて低周波数準周期的振動（QPO）の挙動を特徴づける。スペクトル的・タイミング的性質に基づき、QPOのタイプA、B、Cの3種類を特定し、タイプCは出光の前半に発現し、強いソフト遅れと高いコherー二ンスを示す。これは、従来の2種類に限った分類を著しく拡張したものである。

ABSTRACT

For all 209 RXTE observations of the 7-Crab X-ray nova XTE J1550-564, we analyzed the X-ray power spectra, phase lags, and coherence functions. These observations cover the entire 250 day outburst cycle of the source and are the most complete and arguably the richest data set for any black hole X-ray nova. We find that there are three fundamental types of QPO behavior--one more than reported by Wijnands, Homan, & van der Klis (1999, ApJ, 526, 33). The new type occurred during the first half of the outburst. These three types of QPO behavior can be grouped according to the relative contributions of the disk and power-law components to the total flux.

研究の動機と目的

• XTE J1550-564の全250日間の出光期間にわたる低周波数QPO挙動を、ブラックホールX線新星において最も包括的なX線タイミングデータセットを用いて包括的に特徴づける。
• 出光全体にわたる位相遅れ、コherー二ンス、スペクトルエネルギー分布に基づき、QPOタイプを識別・分類する。
• QPOの性質（周波数、振幅、位相遅れ）と、全X線放射に占める円盤成分とパワー則成分の相対的寄与との関係を調査する。
• 過去の位相遅れ挙動に関する不一致を解消するため、以前に報告のなかった新しいQPOタイプを同定する。
• 高周波数QPOが低周波数QPOと共存する仕組みと、それがスペクトル・タイミング相関に与える影響を明らかにする。

提案手法

• 2–13 keVおよび13–30 keVエネルギー帯におけるRXTE/PCA光曲線のフーリエ解析により、交差スペクトル密度関数および位相遅れを計算する。
• 標準的な交差スペクトル技術を用い、位相遅れΔφ(f) = tan⁻¹(I(f)/R(f))を計算し、時間遅れΔt = Δφ / (2πf)を算出する。
• 位相遅れ測定の信頼性を評価するため、コherー二ンス関数γ²(f)を計算し、Vaughan & Nowak (1997)の手法を用いてポisson雑音補正を施す。
• 周波数、振幅、位相遅れ、高調波構造、コherー二ンスに基づき、QPO挙動を3種類（A、B、C）に分類する。
• Sobczak et al. (2000b)のスペクトルパラメータ（特に円盤放射とパワー則分率）とQPO特性を相関させる。
• パワースペクトル密度関数（PDS）と高調波分解を用い、出光全体にわたるQPO基本波および高調波成分を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XTE J1550-564における低周波数QPO挙動の明確なタイプは、出光全周期にわたってどのように分類されるか？
• RQ2 異なるQPOタイプおよびスペクトル状態において、ソフトX線帯とハードX線帯の間の位相遅れはどのように変化するか？
• RQ3 QPO周波数、振幅、および円盤成分とパワー則成分からの相対的放射率寄与との関係は何か？
• RQ4 Wijnands et al. (1999)らのQPO挙動分類が、なぜQPO進化の全貌を捉えられていないのか？
• RQ5 高周波数QPOは、この源において低周波数QPOと共存するか、あるいはそれらにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 低周波数QPO挙動の3つの基本的タイプ（A、B、C）が同定され、タイプCは出光の前半に活性化する以前に報告のなかったタイプである。
• タイプC QPOは強いソフト遅れ（位相遅れ ≈ -0.4 ～ -1.4 rad）と高いコherー二ンス（γ² ≈ 0.9）を示し、エネルギー依存の時間遅れが強く裏付けられる。
• QPOはパワー則成分が2–20 keVの放射に20%以上寄与する場合にのみ検出され、スペクトル状態とQPO励起の関連を確認する。
• QPO基本周波数は円盤放射の上昇に伴い増加し、QPO振幅は3–16% rmsの範囲を示す。タイプCは最大の振幅を示す。
• タイプC QPOはサブハーモニクスおよび1次高調波を示し、ソフト遅れを示すが、タイプBは基本波でソフト遅れ、1次高調波でハード遅れを示し、複雑な共鳴挙動を示す。
• 1998年9月19日における6.8 Crabのフレア観測は、3つのQPOタイプのいずれとも一致せず、極端な放射と遅れ挙動を示し、別個の降着状態を示唆する。