[論文レビュー] Discovery of nearly coherent oscillations with a frequency of ~567 Hz during type-I X-ray bursts of the X-ray transient and eclipsing binary X 1658-298

R. Wijnands, Tod E. Strohmayer+1 more|CERN Bulletin|Aug 31, 2000

High-pressure geophysics and materials被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、遮蔽型X線変動星X 1658–298におけるタイプI X線バースト中に約567 Hzのほぼ非周期的揺動の発見を報告しており、これは中性子星の自転周期が約1.8 msであることを示している。揺動はバーストの減衰期にかけて最大5 Hzの周波数上昇を示し、これまでに観測された中で最大の変化であり、X線のすり抜け（dipping）行動によって強く変調されているため、高傾斜角系におけるバースト揺動の検出可能性に幾何的および降着関連要因が影響している可能性がある。

ABSTRACT

We report the discovery of nearly coherent oscillations with a frequency of 567 Hz during type-I X-ray bursts from the X-ray transient and eclipsing binary X 1658-298. If these oscillations are directly related to the neutron star rotation then the spin period of the neutron star in X 1658-298 is 1.8 ms. The oscillations can be present during the rise or decay phase of the bursts. Oscillations during the decay phase of the bursts show an increase in the frequency of 0.5 to 1 Hz. However, in one particular burst the oscillations reappear at the end of the decay phase at about 571.5 Hz. This represents an increase in oscillation frequency of about 5 Hz which is the largest frequency change seen so far in a burst oscillation. It is unclear if such a large change can be accommodated by present models used to explain the frequency evolution of the oscillations. The oscillations at 571.5 Hz are unusually soft compared to the oscillations found at 567 Hz. We also observed several bursts during which the oscillations are detected at much lower significance or not at all. Most of these bursts happen during periods of X-ray dipping behavior, suggesting that the X-ray dipping might decrease the amplitude of the oscillations (although several complications exist with this simple picture). We discuss our discovery in the framework of the neutron star spin interpretation.

研究の動機と目的

• タイプI X線バースト中に遮蔽型X線変動星X 1658–298に見られるほぼ非周期的揺動（NCO）の存在と性質を調査すること。
• 本系の高傾斜角・遮蔽性を考慮した場合、観測された揺動が中性子星の自転モードに整合するかを特定すること。
• X線のすり抜けと軌道状態がバースト揺動の検出可能性および周波数変化に与える影響を検討すること。
• 系の傾斜角、質量降着率、磁場がバースト揺動の発生または抑制に果たす役割を評価すること。
• 本系が良好に制約された条件にあるため、バースト揺動を用いた中性子星質量関数の測定可能性を評価すること。

提案手法

• 14個のタイプI X線バーストを特定し、Z²₁統計量を用いてRXTE/PCAのアーカイブデータを分析し、非周期的揺動の検出を試みた。
• 122 μsのサンプリングで高時間分解能のイベントモードデータを用い、バースト上昇期および減衰期における揺動挙動を分析した。
• 特にX線のすり抜けおよび食の期間中・外での揺動周波数および振幅を比較した。
• 揺動の検出可否と関連するバーストプロファイルの形状（例：持続時間、輝度超過）を照合した。
• バースト尾部における漸近的周波数を測定することで中性子星の自転周波数を評価し、周波数のずれに注意を払った。
• 幾何的および降着関連要因（傾斜角、すり抜け、輝度レベル）が揺動振幅および周波数に与える影響をモードラーとして評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遮蔽型でX線のすり抜けを示すX線変動星X 1658–298のタイプI X線バースト中に、ほぼ非周期的揺動が検出可能か？
• RQ2 特に1つのバーストで観測された5 Hzの周波数上昇という、周波数のずれの変化が、現在のバースト揺動周波数ずれモデルに反するものか？
• RQ3 X線のすり抜け行動は、高傾斜角系におけるバースト揺動の検出可能性および振幅にどのように影響するか？
• RQ4 X 1658–298の中性子星の自転周波数は、バースト尾部で観測された漸近的周波数と整合的か、それとも周波数のずれが顕著な要因か？
• RQ5 系の傾斜角はバースト揺動の観測可能性にどの程度影響を及ぼすか。X 1658–298は他の既知のNCO源と比較してどう異なるか？

主な発見

• タイプI X線バースト中にX 1658–298で約567 Hzのほぼ非周期的揺動が検出され、中性子星の自転周期が約1.8 msであることを示唆している。
• 1つのバーストでは、減衰期にかけて周波数が約5 Hz上昇し、571.5 Hzに達した。これは、これまでに観測されたバースト揺動の中で最大の周波数変化である。
• 5つのバーストの減衰期に揺動が検出され、そのうち4つで0.5–1 Hzの周波数上昇が観測された。これはバーストの進化と相関する可能性を示唆している。
• 強いX線のすり抜けが見られる中、バースト9では約567 Hzの強い揺動が検出され、バースト3では軌道位相0.86付近でも約567 Hzの揺動が観測された。これは、すり抜けが常に検出可能な揺動を抑制するわけではないことを示している。
• バースト6、8、11、13、14では揺動が欠落または著しく弱く、これらは明るさが弱いか、光曲線の形状に異常を示していた。これは、バーストエネルギーの物理的差が揺動生成に影響している可能性を示唆している。
• 系の高い傾斜角（75°–80°）と良好に制約された軌道パラメータのおかげで、X 1658–298はバースト揺動を用いた中性子星質量関数の測定に最適な候補であるが、周波数のずれがこの手法を複雑にする。