[論文レビュー] Faint X-ray sources in globular clusters in the XMM-Newton and Chandra era

N. A. Webb, D. Barret|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2004

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本レビューは、銀河縁の球状星団における微弱なX線源のXMM-NewtonおよびChandra観測を統合し、これらの源が主に連星系であることを示している。具体的には、増爆変星、低質量X線連星、ミリ秒パルサーが含まれる。これらの検出およびスペクトル解析により、連星進化、中性子星の保持、高密度星間環境における磁場の進化に関する知見が得られた。主な貢献は、MSPおよびCVが支配的であるという確認であり、星団核におけるエネルギー生成および中性子星の状態方程式に影響を与える。

ABSTRACT

X-ray imaging and spectroscopy can be used to probe the binary content of globular clusters. Binaries are thought to play a key role in the dynamical evolution of the clusters by serving as an internal source of energy which counters the tendency of their cores to collapse. Various kinds of binaries are found in clusters in X-rays, including BY Dra or RS CVn systems, Cataclysmic Variables and low mass X-ray binaries as well as millisecond pulsars. In this review, we will present the most recent X-ray observations of globular clusters as performed with XMM-Newton and Chandra. We will illustrate the power of X-ray observations to separate the different X-ray source populations, and emphasize how the results are important in understanding the binary formation processes.

研究の動機と目的

• 高分解能X線観測を用いて、球状星団における微弱なX線源の性質と起源を理解すること。
• スペクトル的および位置的解析を通じて、増爆変星、低質量X線連星、ミリ秒パルサーなどの異なるX線源集団を区別すること。
• 動的エネルギー生成による核の崩壊遅延の役割を調査すること。
• 特にソフトX線とハードX線スペクトルの違いに注目し、球状星団内のミリ秒パルサーと場のパルサーとの間のX線放射特性の相違を調査すること。
• 長期間にわたる準静的系のモニタリングを通じて、中性子星の状態方程式および降着プロセスを制約すること。

提案手法

• XMM-Newtonの高感度とChandraのサブアーセコンド級の空間分解能を活用し、球状星団内の微弱なX線源を検出し、解像すること。
• 個々のX線源のスペクトル解析により、パワーロウおよび熱的成分を含む放射特性を分類すること。
• 光学および電波データとのクロス識別により、X線源をミリ秒パルサーや活性連星など既知の天体と関連付けること。
• X線光度曲線および変動性の研究を用いて、準静的X線爆発源および降着系を同定すること。
• 星団核と半質量半径における源数および光度関数の比較を通じて、動的分離および連星進化を推論すること。
• ビリアル化およびエネルギー等分配モデルの適用により、高密度星団における空間的分布および連星の硬化を解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団における微弱なX線源の支配的集団は何か。また、それらのX線特性は銀河の場におけるものとどのように異なるか。
• RQ2 なぜ球状星団内のミリ秒パルサーは、場のMSPと比較して回転エネルギーをソフトX線に効率的に変換しないのか。
• RQ3 高密度星団核におけるMSPの磁場配置は、場とどのように異なり、その違いを引き起こすプロセスは何か。
• RQ4 高接近率を示す星団（例：NGC 6440）において、MSP集団に顕著な差異が生じる理由は何か。
• RQ5 球状星団における準静的低質量X線連星の研究から、中性子星の状態方程式にどのような制約を課せられるか。

主な発見

• XMM-NewtonおよびChandraにより、球状星団内の微弱なX線源の大部分が解像され、正確な位置およびスペクトル解析が可能になった。
• 微弱なX線源の顕著な割合がミリ秒パルサーとして同定され、M 55ではX線スペクトル解析により2つのMSPが確認された。
• 47 TucやNGC 6397などの球状星団内のMSPは、場のMSPと比較して回転エネルギーをソフトX線に変換する効率が低いことが示され、磁場配置が変化している可能性がある。
• 一部の準静的系に見られるハードなパワーロウ成分は、磁気圏内での粒子加速を示唆しており、表面磁場や降着歴と関連している可能性がある。
• スペクトルおよび空間的データは、高密度星団における中性子星が再降着を経験し、磁場を埋没させ、質量を増加させる可能性があるという仮説を支持している。
• 光学および電波フォローアップ観測が進行中であり、X線源の対応天体の同定が進み、源分類の向上と連星進化の多波長研究が可能になっている。