[論文レビュー] High Energy Radiation from Neutron Star Binaries

T. Di Salvo, L. Stella|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2002

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、中性子星低質量X線連星（LMXB）における硬X線放射をレビューし、Z型およびアトール型源の両方において、硬X線の輝度分率と質量降着率の強い逆相関関係を同定した。非熱的過程、特にジェット若しくはコロナのコンプトン化と関連する可能性があると提唱されており、INTEGRALがスペクトルカットオフの検出と多波長相関を用いることで、放射メカニズムの解明が期待される。

ABSTRACT

This paper surveys our current knowledge of the hard X-ray emission properties of old accreting neutron stars in low mass X-ray binaries. Hard X-ray components extending up to energies of a few hundred keV have been clearly detected in sources of both the Atoll and Z classes. The presence and characteristics of these hard components are discussed in relation to source properties and state. An overall anticorrelation between the fraction luminosity in hard X-rays and mass accretion rate is apparent over different sources spanning a large range of luminosities as well as individual source undergoing state changes. Evidence for a second, yet unknown, parameter controlling the hard X-ray emission is emerging. We draw a parallel with the spectral properties of X-ray binaries hosting a stellar mass accreting black hole, and conclude that, at a merely phenomenological level, there appears to be a close analogy between the spectral properties of black hole candidates in their high and intermediate states and Z-sources. We briefly mention models that have been proposed for the hard X-ray emission of neutron star low mass X-ray binaries and comment on perspectives in the INTEGRAL era.

研究の動機と目的

• 旧い降着する中性子星を有するLMXBにおける硬X線スペクトル成分（最大約200 keVまで）を特徴づけること。
• 異なるLMXBクラスにわたる、硬X線放射と源の状態（特に質量降着率）との相関関係を調査すること。
• ジェット関連の非熱的過程またはコロナのコンプトン化が、硬X線テイルを生成している可能性を検討すること。
• 高状態および中間状態におけるブラックホールX線連星と比較して、中性子星LMXBのスペクトル的性質を検討すること。
• INTEGRALが硬X線放射の起源およびスペクトル的性質に関する未解決の問題を解明する可能性を評価すること。

提案手法

• Z型およびアトール型LMXBに対するINTEGRALおよび過去のミッション（例：GRANAT/SIGMA）の硬X線データの分析。
• 源の状態を分類し、硬X線放射特性と照合するためにX線色-色図の使用。
• 高温コロナにおける熱的コンプトン化または非熱的電子分布を含むモデルを用いたスペクトルフィッティング。
• 高状態および中間状態におけるブラックホールX線連星のスペクトル指数およびカットオフエネルギーと比較。
• ジェット活動および降着流の幾何学的構造を解明するために、電波放射およびQPOと併せた多波長相関の調査。
• INTEGRALの感度を活用し、パワーレイトテイルにおける高エネルギー側カットオフの検出または制約を試み、熱的起源と非熱的起源を区別すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星LMXBにおける硬X線輝度分率と質量降着率の関係は何か？
• RQ2 なぜ低降着率源において硬X線成分が顕著になるのか、その物理的メカニズムは何か？
• RQ3 Z型源における硬X線放射は、コロナ内での熱的コンプトン化によるものか、ジェット内での非熱的過程によるものか？
• RQ4 高状態および中間状態におけるブラックホールX線連星と比較して、中性子星LMXBのスペクトル的性質はどのように異なるか？
• RQ5 INTEGRAL観測により、スペクトルカットオフの検出や電波・QPO活動との相関を用いて、硬X線テイルの起源を解明できるか？

主な発見

• Z型およびアトール型LMXBの両方において、硬X線の輝度分率と質量降着率との間で明確な逆相関関係が存在する。
• Terzan 2、KS 1731-260、SLX 1735-269、Terzan 1を含む、複数の古い中性子星LMXBで、最大約200 keVまで延びる硬X線成分が検出された。
• 一部の源では高エネルギー側カットオフが検出されないため、電子温度が約100 keVを超える可能性があり、標準的な熱的コンプトン化モデルに反する。
• 質量降着率に加え、ジェット活動や磁場強度に関連する未知の第二のパラメータが、硬X線放射を制御している証拠がある。
• LMXBからの電波放射は質量降着率と逆相関しており、ジェットが硬X線テイルを生成する電子を加速しているという仮説を支持する。
• INTEGRALは、スペクトルカットオフの検出と連携された多波長研究を可能にすることで、硬X線成分の起源を解明するものと期待される。