[論文レビュー] Disc-Jet coupling in the LMXB 4U1636-53 from INTEGRAL

M. Fiocchi, A. Bazzano+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、INTEGRALおよびBeppoSAXのデータを用いて、中性子星低質量連星系4U 1636–53において、30 keVを超えるエネルギー領域で硬いX線尾が支配的である最初の検出がなされた。スペクトルは、コンプトン化モデルに加えてパワー則成分（Γ = 2.76）を組み合わせたもので最もよくフィットし、非熱的電子加速を示しており、硬い尾の起源としてジェットが関与していることを支持する。これは、ブラックホール連星系で観測されたのと同様の降着円盤-ジェット結合を示唆する。

ABSTRACT

We report on the spectral analysis results of the neutron star, atoll type, low mass X-ray Binary 4U1636-53 observed by INTEGRAL and BeppoSAX satellites. Spectral behavior in three different epochs corresponding to three different spectral states has been deeply investigated. Two data set spectra show a continuum well described by one or two soft blackbody plus a Comptonized components with changes in the Comptonizing electrons and black body temperature and the accretion rates, which are typical of the spectral transitions from high to low state. In one occasion INTEGRAL spectrum shows, for first time in this source, a hard tail dominating the emission above 30 keV. The total spectrum is fitted as the sum of a Comptonized component similar to soft state and a power-law component (Gamma=2.76), indicating the presence of a non thermal electron distribution of velocities. In this case, a comparison with hard tails detected in soft states from neutron stars systems and some black hole binaries suggests that a similar mechanism could originate these components in both cases.

研究の動機と目的

• 4U 1636–53のニュートリノ星アトール型LMXBにおける降着状態の変化に伴うスペクトル遷移を調査すること。
• 1つのINTEGRAL観測で観測された30 keVを超える高エネルギーX線尾の起源を特定すること。
• ブラックホール連星系で観測された降着円盤-ジェット結合メカニズムが、中性子星LMXBに対しても成立するかどうかを検証すること。
• 非熱的電子分布が硬いX線スペクトルの形状に与える役割を評価すること。
• 電波-X線相関がこの中性子星系におけるジェット活動の証拠としてどのように評価できるかを検討すること。

提案手法

• 3つのエポックにわたる、INTEGRAL（JEM-XおよびIBIS）およびBeppoSAX（LECS、MECS、PDS）の同時データを用いた広帯域スペクトル解析。
• 30 keVを超える硬い尾をモデル化するため、ブラックボディ成分を含むコンプトン化モデルにパワー則成分を追加してスペクトルフィッティングを実施。
• PDSデータの固定上昇時間閾値に基づくキャリブレーション定数とバックグラウンド除去技術の適用。
• INTEGRALデータの処理および5–150 keVの広帯域スペクトル抽出に、Off-line Scientific Analysis (OSA v5.1) ソフトウェアの使用。
• ソフト状態、ハード状態、および特殊状態におけるスペクトルパラメータ（電子温度、光学的厚さ、ブラックボディ温度、降着率）の比較。
• シドニー大学モロンロスカイサーベイ（Sydney University Molonglo Sky Survey）の電波データを用いて電波放射度を推定し、電波の明るさ（PR/PX）を計算。既知のジェット駆動源と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4U 1636–53における30 keVを超えるエネルギー領域で支配的となる硬いX線尾の原因は何か？ これは標準的なコンプトン化モデルとはどのように異なるか？
• RQ2 ハード状態で観測されたパワー則成分は、ブラックホールX線連星系と同様にジェットを示唆しているのか？
• RQ3 降着状態に応じて降着率はどのように変化するか？ これは降着流の幾何学的構造にどのような示唆を与えるか？
• RQ4 X線および電波相関に基づいて、この中性子星LMXBに降着円盤-ジェット結合の証拠が見られるか？
• RQ5 非熱的電子分布の存在が、特殊状態で観測されたスペクトル特徴を説明できるか？

主な発見

• 4U 1636–53において、INTEGRAL観測で30 keVを超えるエネルギー領域で硬いX線尾が支配的であることが、初めて検出された。このスペクトルは、光子指数Γ = 2.76のパワー則成分で最もよくフィットした。
• 特殊状態における全スペクトルは、低温度の熱的電子分布（3–4 keV）からのコンプトン化と、非熱的パワー則電子成分の組み合わせによって最もよく記述された。
• ソフト状態における降着率は7.3 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹と推定されたが、ハード状態では4.0 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹に低下しており、ハード状態で降着率が低いことが示された。
• 特殊状態では降着率が約2.1 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹に達したが、低エネルギー領域の急勾配パワー則成分の影響を受ける可能性がある。
• 843 GHzで843 GHz（7.5 mJy）の電波検出が得られ、5 GHzにおける電波の明るさ（1.1–2.2 Jy/Crab）は、ジェット活動と一致し、ブラックホール候補および他のジェット駆動LMXBと同等の水準であった。
• 硬い尾と高い電波明るさの両方が、パワー則成分がジェット由来であるという仮説を支持しており、中性子星系における降着円盤-ジェット結合の存在を示唆する。これは、このような特徴がブラックホール連星に特有であるという考えに挑戦する。