[論文レビュー] Correlated X-ray and Optical Variability in X-ray Binaries

R. I. Hynes|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2004

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 4

ひとこと要約

本論文はX線連星における反響マッピングをレビューし、相関するX線および可視光の変動が光の伝搬時間遅れを介して再放射領域の幾何構造を明らかにできることを示している。また、特に低放射能および停止状態の系において、ジェットに起因するシンクロトロン放射に関連する新しい種類の相関変動を同定し、すべての相関が再放射に起因するとの仮定に疑問を呈している。

ABSTRACT

It has long been known that X-ray and optical/UV variability in active X-ray binaries is sometimes correlated. The expectation has been that this arises from rapid reprocessing of X-rays into longer wavelength photons, and hence that the lags between the bandpasses can be used to reconstruct an echo-map of the binary, revealing the geometry and spatial scale of reprocessing sites. I will review how this can be done, what can be learned, and what progress has been made with real data. In addition, an interesting twist to the story has emerged in the form of correlated variability that does not seem associated with reprocessing. This extends to very short timescales, includes quasi-periodic behavior, and may be associated with optical synchrotron emission from a jet. Finally, contrary to expectations we have recently discovered that similar correlations are seen even in an ostensibly `quiescent' object allowing similar analyses of reprocessing effects.

研究の動機と目的

• 単純な再放射を超えて、X線連星における相関するX線および可視光変動の起源を調査すること。
• 変動の光伝搬時間遅れが、再放射領域の空間的幾何構造を再構築するために使用可能かどうかを特定すること。
• 特に低放射能および停止状態の系において、ジェット関連のシンクロトロン放射が相関変動を生じる役割を評価すること。
• X線放射が極めて低い停止状態のブラックホールX線連星において、エコー・マッピング技術の実現可能性を評価すること。
• 多波長光曲線およびスペクトルエネルギー分布を用いて、再放射主導とジェット主導の変動を区別すること。

提案手法

• X線と可視光の光曲線を相関付けるために反響マッピング（エコー・マッピング）を適用し、時間遅れを用いて再放射領域の幾何構造を推定する。
• X線光曲線と、連星系内での光伝搬時間に基づく応答関数の畳み込みとして伝達関数をモデル化する。
• 降着円盤および同伴星の幾何モデルを用いて、軌道位相および軌道傾きの関数として伝達関数を予測する。
• 最大エントロピー正則化を用いて、信号対雑音比が低いデータでも可視光光曲線をデコンボリューションし、伝達関数を回復する。
• 変動パワースペクトルおよび相互相関関数を分析し、再放射（熱的）とシンクロトロン（非熱的）放射の起源を区別する。
• UVからX線帯域にわたり観測された変動アーマニチュードを比較し、光学的に薄いシンクロトロン放射に一致するべきべき累乗則依存性があるかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線連星における時間遅れを伴うX線および可視光変動を用いて、再放射領域の空間的幾何構造を再構築できるか？
• RQ2 X線連星における相関変動の何パーセントが再放射に起因し、何パーセントがジェットに起因するシンクロトロン放射に起因するか？
• RQ3 高放射能と停止状態のX線連星における相関変動の性質はどのように異なるか？
• RQ4 X線放射が極めて低いにもかかわらず、エコー・マッピング技術が停止状態のブラックホール系に成功裏に適用可能か？
• RQ5 可視光およびUV帯域での観測変動が、特にスペクトルエネルギー分布および変動パワー則指数の観点からジェットモデルと整合するか？

主な発見

• X線連星における相関するX線および可視光変動は、常に再放射に起因するわけではない。一部の事例では、ジェットに起因するシンクロトロン放射に起因している。
• XTE J1118+480では、Kバンドで約50%のRMS変動から、遠赤外域では数パーセントにまで低下し、Fν ∝ ν^−0.59の累乗則依存性を示しており、光学的に薄いシンクロトロン放射に一致する。
• 同じ累乗則の変動はX線帯域にも延びており、X線変動も降着円盤不安定性だけでなく、同じジェットプロセスによって駆動されている可能性を示唆している。
• V404 Cygniのような停止状態の系においても、エコー・マッピングは発線変動に対しては実現可能であり、ディスク再放射を示唆するが、連続スペクトル変動は再放射とジェットのどちらの起源かはまだ明確でない。
• 位相分解型エコー・マッピングにより、軌道的分離距離や軌道傾きといった二重星パラメータを独立して測定可能となり、新たな幾何的診断法を提供する。
• エコー・マッピングの全潜在的利点はまだ十分に活用されておらず、特に停止状態においては未開拓である。将来的なミッション、例えばConstellation-Xによってその実現が可能になるだろう。