[論文レビュー] Ginga observations of Cygnus X-2

R. Wijnands, M. van der Klis+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、Z型低質量X線連星Cygnus X-2の4年間のGinga X線データを分析し、Z軌道における強度依存の変動パターンを明らかにした。急速なX線変動、特に準周期的振動（QPO）および非常に低周波数ノイズが、全体の強度レベルに強く依存することを発見し、回転する円盤モデルに疑問を呈するとともに、赤道における磁場を≤8.5×10⁹ Gに制限した。

ABSTRACT

We analysed all X-ray data on the low-mass X-ray binary Cygnus X-2 obtained with Ginga. The analysis of the spectral and fast timing behaviour of these 4 years of data provides new insights in the behaviour of this Z source. We confirm the previously observed recurrent patterns of behaviour in the X-ray colour-colour and hardness-intensity diagrams (HIDs) consisting of shifts and shape changes in the Z track. The source behaviour is correlated with overall intensity. When the overall intensity increases, the mean velocity of the motion along the normal branch (NB) of the Z track increase, as well as the width of the NB in the HID. Contrary to previous results we find that, during different observations, when the source is at the same position in the NB of the Z track the rapid X-ray variability differs significantly. During the Kuulkers et al. (1996) ``medium'' level, a normal branch quasi-periodic oscillation (QPO) is detected, which is not seen during the ``high'' overall intensity level. During the high overall intensity level episodes the very-low frequency noise on the lower NB is very strong, whereas during the medium overall intensity level episodes this noise component at the same position in the Z track is much weaker. The explanation of the different overall intensity levels with a precessing accretion disk is difficult to reconcile with our data. Furthermore, the frequency of the horizontal branch QPO decreases when Cyg X-2 enters the upper NB, giving a model dependent upper limit on the magnetic field strength at the magnetic equator of ~8.5x10^9 G. We also report 5 bursts, with durations of ~5 s, whose occurrence are uncorrelated with location in the Z track, overall intensity level or orbital phase. The burst properties indicate that they are not regular type I bursts.

研究の動機と目的

• 4年間にわたるGinga観測におけるCygnus X-2のスペクトル的・時間的挙動を理解すること。
• 源の強度、Z軌道の形状、および急速なX線変動との相関を調査すること。
• 観測された変動パターンをもとに、回転する降着円盤モデルを検証すること。
• Z軌道に沿ったQPO周波数の変化を用いて、Cygnus X-2における磁場強度を制限すること。

提案手法

• Cygnus X-2から4年間にわたって収集されたすべてのGinga X線データの分析。
• 硬さ-強度図（HIDs）および色-色図の作成により、源の状態遷移を追跡。
• さまざまな強度レベルにおける準周期的振動（QPO）および非常に低周波数ノイズの同定と特徴化。
• 高強度状態と中強度状態の両方において、通常分岐（NB）の同じ位置でのQPO行動の比較。
• 上部通常分岐に沿ったQPO周波数の変化を用いて、磁場強度の上限を導出。
• 爆発の検出と解析により、Z軌道位置、強度、または公転位相との相関を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Cygnus X-2の急速なX線変動は、全体の源強度にどのように変化するか？
• RQ2 なぜ通常分岐QPOは中強度状態では検出されるが、高強度状態では検出されないのか？
• RQ3 観測された変動パターンは、回転する降着円盤モデルで説明可能か？
• RQ4 QPO周波数の変化に基づいて、Cygnus X-2における磁場強度にどの程度の上限を設定できるか？
• RQ5 観測された5秒間の爆発は、定期的なタイプI X線爆発であるか？また、Z軌道位置や公転位相と相関があるか？

主な発見

• Z軌道の通常分岐（NB）に沿った平均的運動速度は、全体の源強度が高くなるにつれて増加する。
• HIDにおけるNBの幅は、強度が高くなるにつれて広がる。
• 中強度状態では通常分岐準周期的振動（QPO）が検出されたが、高強度状態では検出されなかった。
• 同じZ軌道位置において、高強度期には下部NBにおける非常に低周波数ノイズの強度が、中強度期よりも顕著に強い。
• 水平分岐QPOの周波数は、Cygnus X-2が上部NBに移動するにつれて低下し、磁気赤道における磁場強度に約~8.5×10⁹ Gの上限が得られた。
• 5つの5秒間の爆発が検出されたが、Z軌道位置、強度レベル、または公転位相とは相関がなかったため、これらは定期的なタイプI爆発ではないと示唆された。