[論文レビュー] Column Densities Towards Three Bursting Low-Mass X-ray Binaries from High Resolution X-ray Spectroscopy

Patricia Wroblewski, Tolga Güver+1 more|ArXiv.org|Sep 30, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、チャンドラ望遠鏡のHETGを用いた高分解能X線スペクトルを用いて、3つの爆発的低質量X線連星（GX 17+2、4U 1705-44、4U 1728-34）における水素原子列密度を測定した。MgおよびSiの吸収端をモデル化することで、それぞれ$N_{\rm H} = (2.38 /pm 0.12)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$、$(2.44 /pm 0.09)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$、$(2.49 /pm 0.14)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$が得られ、Si吸収端における機器系の系統誤差のため、Mg吸収端の値が優先された。

ABSTRACT

We measured the galactic hydrogen column densities to the neutron-star binaries GX 17+2, 4U 1705-44, and 4U 1728-34 by modeling the Mg and Si absorption edges found in high-resolution X-ray spectra obtained by the Chandra X-ray Observatory. We found for GX 17+2, N_H = (2.38 +/- 0.12) x 10^22 cm^-2, for 4U 1705-44, N_H = (2.44 +/- 0.09) x 10^22 cm^-2, and for 4U 1728-34, N_H = (2.49 +/- 0.14) x 10^22 cm^-2. These values are in reasonable agreement with the hydrogen column densities inferred earlier from modeling of the continuum spectra of the sources. Our results can be used to constrain the uncertainties of model parameters of the X-ray spectra of these sources that are correlated to the uncertainties of the hydrogen column density. In the case of continuum spectra obtained during thermonuclear X-ray bursts, they will significantly reduce the uncertainties in the spectroscopically measured masses and radii of the neutron stars.

研究の動機と目的

• 高分解能X線分光法を用いて、3つの爆発的低質量X線連星に対する正確な水素原子列密度を決定すること。
• 特にケイ酸塩吸収端における機器系の系統誤差に起因する、原子列密度測定値の不一致を解明すること。
• 中性子星のX線バースト分光法による質量・半径測定の不確実性を低減する、モデルに依存しない原子列密度制約を提供すること。
• ROSAT、BeppoSAX、RXTEデータからの従来の連続スペクトル推定値と結果を検証・比較すること。
• 赤クラウン星を用いた今後の距離測定を支援するため、正確な銀河間減光値を提供すること。

提案手法

• GX 17+2、4U 1705-44、4U 1728-34の複数のアーカイブ観測において、チャンドラの高エネルギー透過回折格子（HETG）を用いて高分解能X線スペクトルを取得した。
• 光電効果吸収モデルを用いてスペクトルをフィットし、MgおよびSiの吸収端の深さとエネルギーを測定することで、$N_{\rm H}$を直接制約した。
• MgおよびSiの吸収端から得られる$N_{\rm H}$値を比較することで系統誤差を評価し、未キャリブレーションされた検出器応答特徴に起因するカウントレート依存の不一致を同定した。
• Si吸収端測定値よりも、検出器応答誤差に敏感でない安定性の高いMg吸収端に基づく$N_{\rm H}$値を優先した。
• 異なるスペクトルモデル（黒体、力率、コンプトン化された黒体）を用いて、ROSAT、BeppoSAX、RXTE、およびChandraの従来の連続スペクトルフィット結果と照合した。
• 観測された原子列密度が中性子星半径測定に与える影響を評価した。これは、$R \propto T_{\rm eff}^{-2}$の比例関係と、$T_{\rm eff}$と$N_{\rm H}$の強い相関性に基づく。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能X線吸収端からの測定により、GX 17+2、4U 1705-44、4U 1728-34における正確な水素原子列密度は何か？
• RQ2 MgおよびSi吸収端からの$N_{\rm H}$測定値はどのように比較されるか？また、不一致を説明する系統的要因は何か？
• RQ3 Si吸収端における機器応答の不正確さが$N_{\rm H}$推定値に与える影響はどの程度か？また、源のカウントレートに応じてどのように変化するか？
• RQ4 グレーティングスペクトルからのモデルに依存しない$N_{\rm H}$値は、他の望遠鏡からの従来の連続スペクトル推定値とどのように比較できるか？
• RQ5 改善された$N_{\rm H}$値は、X線バースト分光法による中性子星質量・半径測定の不確実性をどの程度低減するか？

主な発見

• GX 17+2における水素原子列密度は、Mg吸収端から得られた$N_{\rm H} = (2.38 /pm 0.12)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$である。
• 4U 1705-44では、$N_{\rm H} = (2.44 /pm 0.09)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$であり、Mg吸収端からの結果は一貫しており、低カウントレートでのSi吸収端測定値との顕著な不一致が確認された。
• 4U 1728-34における原子列密度は、Mg吸収端から得られた$N_{\rm H} = (2.49 /pm 0.14)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$であり、BeppoSAXおよびChandra HETG連続スペクトルフィットと整合的であった。
• MgおよびSi吸収端から得られる$N_{\rm H}$値の不一致は、源のカウントレートと強く相関しており、特に低放射率時におけるSi吸収端での機器系の系統誤差を示唆している。
• Mg吸収端に基づく$N_{\rm H}$値は、安定性と検出器応答不確実性への感受性が低いため、優先された。
• 結果は、RXTEおよびBeppoSAXからの従来の連続スペクトル推定値と整合的であり、中性子星研究における高分解能グレーティング分光法による正確な$N_{\rm H}$決定の有効性を裏付けた。