[論文レビュー] Fundamental properties of High-Mass X-ray Binaries

A. Gónzalez-Galán|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2015

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 9

ひとこと要約

本博士論文は、3つのスーパークラス・ファストX線トランジエンス（SFXTs）と1つの中間的源からなる4つの高質量X線連星を対象に、X線変動の物理的起源を調査する。軌道解、Hα線風変動、星の大気、X線放射の軌道モードの分析を通じて、X線行動の主因は軌道離心率ではなく、風のプロセスと星の組成差異であることが明らかになった。これは、離散的グループではなく、連続的な性質の分布であることを支持する。

ABSTRACT

The aim of this PhD Thesis is to characterize a representative sample of Supergiant X-ray Binaries (SGXBs) formed by 4 sources: XTE J1855-026, a classical SGXB with long-term stable X-ray flux; AX J1841.0-0535 and AX J1845.0-0433, two supergiant fast X-ray transients (SFXTs) with the X-ray emission mostly dominated by flaring; and IGR J00370+6122, something in between these 2 sub-groups. The physical processes that produce these observable differences are still a matter of debate. In this PhD Thesis I performed a study of these 4 different systems to provide new data to constrain the models. This study consists of:(i) the determination of the orbital solution,(ii) a systematic study of the wind behavior along the orbit by the measure of Halpha variations,(iii) a model of stellar atmospheres of the donor star,(iv) establish whether there are X-ray flux variations modulated by the orbital period. The study of the wind shows that Halpha variations are dominated by intrinsic wind processes. The stellar atmospheres study shows that the supergiant stars that harbor these binaries have a higher projected rotational velocity, higher He abundance and higher N/C ratio than that of isolated supergiant stars. The results of this study show that the eccentricity of the binary does not have a simple correlation with the differences in the X-ray flux of the different sub-groups. Therefore, the idea of a more complex scenario is consolidated. The discovery of a new type of system, IGR J00370+6122, which properties do not fit in any of the established sub-groups, reinforces the idea of a continuum in the observed properties more than a strict classification of systems. Furthermore, I have developed a pipeline to reduce spectra of the FRODOSpec spectrograph at the Liverpool Telescope optimized for the reduction of the red spectra of the obscured supergiants that we find in these SGXBs.

研究の動機と目的

• 4つの高質量X線連星の軌道的および風的性質を同定すること。これは、古典的SGXBとSFXTの両方を含む。
• X線放射の変動が軌道周期によってモodulatedされているかどうかを特定し、降着変動のモデルを検証すること。
• 伴星スーパージャイアント星の物理的性質、特に表面組成と回転を調査すること。
• 軌道離心率とX線放射行動との間に測定可能な相関があるかどうかを評価し、既存の分類スキームに疑問を呈すること。
• SGXB系における遮蔽されたスーパージャイアントの赤色スペクトル用に、専用のデータ還元パイプラインを開発すること。

提案手法

• スペクトロスコピックデータからの径速度測定を用いた軌道解の決定。
• 軌道周期全体にわたるHα線変動の系統的モニタリングにより、風の行動と質量放出を追跡すること。
• 伴星の星の大気モデル化により、投影回転速度、ヘリウム含有量、窒素対炭素比を導出すること。
• X線光曲線の分析により、軌道モードの検出と放射の変動パターンの評価を行うこと。
• SGXB系における遮蔽されたスーパージャイアントの赤色スペクトルに最適化された、FRODOSpec分光計用の専用データ還元パイプラインの開発。
• SFXTおよび古典的SGXBサブグループ間の系を比較分析し、傾向と異常を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 本研究で対象とした4つの高質量X線連星の軌道解および軌道周期は何か？
• RQ2 軌道に沿ったHα線変動は、外部の降着誘発効果ではなく、内在的な風プロセスをどのように反映しているか？
• RQ3 伴星スーパージャイアント星の表面組成および回転特性は何か？また、孤立したスーパージャイアントとはどのように異なるか？
• RQ4 サブグループ全体にわたり、軌道離心率とX線放射行動との間に測定可能な相関があるか？
• RQ5 IGR J00370+6122という中間的源は、別個のクラスを形成するのか、それとも性質の連続的分布の一部に過ぎないのか？

主な発見

• Hα変動は、外部の降着誘発効果よりも、主に内在的な風プロセスによって駆動されている。
• これらの系の伴星は、孤立したスーパージャイアントと比較して、より高い投影回転速度、高いヘリウム含有量、および増加した窒素対炭素比を示している。
• 軌道離心率とX線放射行動との間に単純な相関は認められず、より複雑な物理的メカニズムが背後に存在することが示唆された。
• SFXTや古典的SGXBのカテゴリーに当てはまらないIGR J00370+6122の発見は、離散的分類グループではなく、連続的な性質の分布であることを支持する。
• SGXB系における遮蔽されたスーパージャイアントのFRODOSpec赤色スペクトル用に、最適化された新しいデータ還元パイプラインが成功裏に開発された。
• 本研究は、高質量X線連星における降着変動が、主に風ダイナミクスと星の性質によって支配されており、単に軌道幾何学的要因に依存するわけではないという考えを強化した。