[論文レビュー] Gamma-ray binaries: microquasars and binary systems with pulsar

J. M. Paredes|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、サイグヌスX-1やサイグヌスX-3のようなマイクロクェーサー、PSR B1259−63のようなパルサー駆動系、および曖昧な系であるLS I +61 303とLS 5039を含むガンマ線連星系からの高エネルギーガンマ線放射をレビューする。降着駆動とパルサー風駆動の放射メカニズムを比較し、高質量O/B型星が光子源および標的核種として果たす役割に注目し、軌道位相に応じた可変的で周期的なVHEおよびHEガンマ線放射の観測的証拠を提示する。

ABSTRACT

Several binary systems have been detected at High Energy (HE, E > 100 MeV) and/or Very High Energy (VHE, E > 100 GeV) gamma rays. Some of them are X-ray binaries in which accretion feeds relativistic radio jets and powers the non-thermal emission (i.e., microquasars), whereas in others the power comes from the wind of a young pulsar instead of accretion. Although the power mechanism in these systems is different (accretion vs pulsar wind), all of them are radio, X-ray and gamma-ray emitters, and have a high-mass bright companion (O or B) star that is a source of seed photons for IC scattering and target nuclei for hadronic interactions. I review here some of the main observational results on the non-thermal emission from X-ray binaries as well as some of the proposed scenarios to explain the production of gamma rays.

研究の動機と目的

• 高エネルギーガンマ線連星系からの非熱的放射に関する観測結果を統合すること。
• 逆コンプトン散乱のための種光子およびハドロン的相互作用の標的核種としての高質量O/B型星の果たす役割を調査すること。
• 連星系における降着駆動とパルサー風駆動のガンマ線放射メカニズムの違いを評価すること。
• LS I +61 303およびLS 5039のような系におけるコンパクト天体の分類に生じる現在の不確実性（質量測定と軌道傾斜角の曖昧さ）を評価すること。
• Fermi、AGILE、MAGIC、H.E.S.S.、VLBIを含む多波長観測から得られる制約を要約し、放射モデルと天体の幾何構造を制限すること。

提案手法

• X線、電波、ガンマ線観測機器（Fermi、AGILE、MAGIC、H.E.S.S.、INTEGRAL、VLA、VLBA、LBA）からの多波長データを、軌道サイクルにわたって分析する。
• VLBIおよび長基線干渉計測法を用いて、サブミリアーセコンド解像度の電波構造を画像化し、PSR B1259−63およびLS 5039で可変的で拡張した放射特徴を特定する。
• 光子の非熱的放射を説明するため、レプトン的（シンチロトロン／逆コンプトン）およびハドロン的（pp衝突）シナリオのモデル化を行い、光度曲線およびスペクトルエネルギー分布を説明する。
• 二重星環境内での対生成によるTeV透過率を評価し、ガンマ線放射源の位置を制限する。
• ガンマ線の位相別解析により、周期性を特定し、X線および電波状態と相関をとる。
• 磁場強度および粒子加速効率に関する異なる仮定の下での放射モデルを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガンマ線連星系における高エネルギーガンマ線放射の駆動メカニズムは、降着かパルサー風のどちらか？
• RQ2 高質量O/B型星の性質は、逆コンプトン散乱およびハドロン的相互作用を通じて高エネルギー光子を生成する上でどのように影響を与えるか？
• RQ3 低質量X線連星系は高エネルギーガンマ線で検出されないが、高質量系では検出されるのはなぜか？
• RQ4 LS I +61 303およびLS 5039におけるコンパクト天体の性質は何か？ これはガンマ線放射の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ5 観測されたVHEおよびHE放射の可変性および軌道位相モodulationは、現在のレプトン的またはハドロン的放射モデルで説明可能か？

主な発見

• サイグヌスX-1は、ハードX線フレア中にTeV放射で4.1σの検出を示し、TeV放射源は対生成の光学厚さを避けるために二重星系の縁付近に位置している可能性が高い。
• サイグヌスX-3は100 MeV以上のガンマ線で明確な軌道位相モodulationを示し、高エネルギーガンマ線で最初に明確に検出されたマイクロクェーサーである。
• AGILEはサイグヌスX-1およびPSR B1259−63から一時的な100 MeV以上のガンマ線放射を検出しており、ハードX線状態および軌道位相と相関していた。
• PSR B1259−63のVLBI観測により、異なる軌道位相でパルサーからずれた可変的で拡張した電波放射が特定され、相対論的アウトフローからの非熱的放射を示唆した。
• LS I +61 303は26.496日ごとの周期的電波アウトバーストと、進動するジェット様構造を示し、これはパルサー風と星風の相互作用に一致する。
• LS 5039は持続的な非熱的電波放射と双極的電波構造を示し、5日間隔で構造的変化を示しており、相対論的ジェットのダイナミクスを示唆した。