[論文レビュー] Dipping -versus Flaring in Z-track sources: resolving the controversy

M. Bałucińska‐Church, M. J. Church+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2011

Oil, Gas, and Environmental Issues被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、Zトラック源における沈み込みとフレアリングの長年の混乱を解消し、サイクロプスX-2における明るさの低下が、フレアリングではなく外側の円盤における光電効果吸収に起因することを示している。多波長データのスペクトル解析により、サイクロプスX-2におけるフレアリング分岐は、質量降着率の増加ではなく吸収イベントに起因していることが判明し、従来の単調な$ olinebreak[4]\dot{M}$増加およびサイクロプス型源における高傾斜角の区別に関する仮定が無効になる。

ABSTRACT

We review the longterm confusion which has existed over the nature of flaring in the brightest class of low mass X-ray binary: the Z-track sources, specifically in the Cygnus X-2 sub-group. Intensity reductions in the lightcurve produce a branch in colour -colour diagrams similar to that of real flares in the Sco X-1 like group, and the nature of this branch was not clear. However, based on observations of Cygnus X-2 in which this dipping/flaring occurred it was proposed that the mass accretion rate in Z-track sources in general increases monotonically along the Z-track towards the Flaring Branch, a standard assumption widely held. It was also suggested that the Cygnus X-2 group have high inclination. Based on recent multi-wavelength observations of Cygnus X-2 we resolve these issues, showing by spectral analysis that the Dipping Branch consists of absorption events in the outer disk, unrelated to the occasional real flaring in the source. Thus motivation for Mdot increasing along the Z from Horizontal - Normal to Flaring Branch is removed, as is the idea that high inclination distinguishes the Cygnus X-2 group. Finally, the observations provide further evidence for the extended nature of the Accretion Disk Corona (ADC), and the correct modelling of the ADC Comptonized emission is crucial to the interpretation of low mass X-ray binary data.

研究の動機と目的

• Zトラック源、特にサイクロプスX-2群におけるX線の沈み込みとフレアリングの長年の混乱を解消すること。
• サイクロプスX-2におけるフレアリング分岐が、実際のフレアリングに起因するのか、それとも吸収イベントに起因するのかを特定すること。
• Zトラックを横切る際に質量降着率($\dot{M}$)が水平分岐からフレアリング分岐へと単調に増加するという広く受け入れられている仮定を検証すること。
• 高傾斜角幾何構造がサイクロプス型とスコープ型Zトラック源を区別する要因であるかどうかを評価すること。
• スペクトルフィッティングを用いて、拡張された降着円盤コロナ(ADC)の物理的性質を調査すること。

提案手法

• RXTE、XMM-Newton、Chandra機器を用いた2009年の多波長キャンペーンで得られたサイクロプスX-2のX線データを、体系的にスペクトルフィッティングした。
• 部分的カバーイング吸収モデルを用いて沈み込みイベントをフィッティングし、カバー率と光学的厚さの変化を分析した。
• RXTEアーカイブデータからの硬度-強度図および色-色図を分析し、沈み込みに伴う強度低下を特定した。
• 通常分岐、水平分岐、フレアリング分岐および第4の沈み込みに類似した分岐におけるスペクトルパラメータ（ブラックボディ温度$kT$、半径$R_{\rm BB}$、ADCの輝度）を比較した。
• グレーティング分光計（RGS、HETGS）を用いて、光学的厚さの増加がない状態での連続スペクトルの低下を検出し、スペクトルの本質的変化ではなく吸収であることを確認した。
• 沈み込みの進行に伴うコンプトン化放射の徐々な消失をモデル化することで、ADCの拡張性を評価し、空間的に拡張したコロナと整合的であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サイクロプスX-2におけるフレアリング分岐で観測された強度低下は、実際のフレアリングに起因するのか、それとも吸収イベントに起因するのか？
• RQ2 Zトラックを横切る際に、質量降着率($\dot{M}$)は水平分岐からフレアリング分岐へと単調に増加するのか？
• RQ3 サイクロプスX-2群は、高傾斜角幾何構造によってサイクロプス型とスコープ型Zトラック源と区別されるのか？
• RQ4 GX 5-1 や GX 340+0 などの一部のZトラック源に見られる、フレアリング分岐から強度低下を示す第4の分岐の物理的起源は何か？
• RQ5 沈み込みイベントの挙動は、降着円盤コロナ(ADC)の空間的広がりについて何を明らかにするか？

主な発見

• サイクロプスX-2におけるフレアリング分岐は、フレアリングによるものではなく、外側の円盤における光電効果吸収に起因しており、沈み込み時にはADCの約40％のコンプトン化放射が遮蔽されている。
• $kT$ や $R_{\rm BB}$ などのスペクトルパラメータには、フレアリング分岐から第4の沈み込みに類似した分岐に移行する際の不連続性が認められず、中性子星や内側円盤に物理的変化がないことが示された。
• 第4の分岐におけるADCのコンプトン化放射の輝度低下は、吸収に起因する変化ではなく、質量降着率($\dot{M}$)の連続的減少と整合的である。
• GX 5-1 および GX 340+0 における第4の分岐は、吸収とは無関係であることが、スペクトルフィッティングにより確認された。その結果、スペクトルパラメータや光学的厚さに変化が認められなかった。
• 沈み込みの進行に伴うコンプトン化放射の徐々な消失は、部分的カバーイング吸収モデルにおけるカバー率の増加によって最もよくモデル化され、空間的に拡張したコンプトン化領域の存在を強く示唆した。
• ADCが小さな点状の源（≤1000 km）であるという仮定は、観測された沈み込みの進化が空間的に拡張したコロナを必要とするため、もはや妥当ではない。