[論文レビュー] Monitoring Variable X-ray Sources in Nearby Galaxies

A. K. H. Kong|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2011

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

ひとこと要約

本稿は、SwiftおよびChandraを用いた近傍銀河における可変なX線源の長期的X線モニタリングをレビューする。特にM31およびM81で、Holmberg IX X-1（99.9%の有意水準で208日周期）およびM81 X-6（有意水準に近い175日周期）に周期的変動が確認され、これが軌道的またはスーパー軌道的モodulationを示唆するが、現在の全天モニタ（MAXIなど）は近傍銀河における微弱な準時間的変動源を検出するのに十分な感度を欠いていることが指摘されている。

ABSTRACT

In the last decade, it has been possible to monitor variable X-ray sources in nearby galaxies. In particular, since the launch of Chandra, M31 has been regularly observed. It is perhaps the only nearby galaxy which is observed by an X-ray telescope regularly throughout operation. With 10 years of observations, the center of M31 has been observed with Chandra for over 1 Msec and the X-ray skies of M31 consist of many transients and variables. Furthermore, the X-ray Telescope of Swift has been monitoring several ultraluminous X-ray sources in nearby galaxies regularly. Not only can we detect long-term X-ray variability, we can also find spectral variation as well as possible orbital period. I will review some of the important Chandra and Swift monitoring observations of nearby galaxies in the last decade. I will also discuss the possibility to use MAXI for X-ray monitoring observations of nearby galaxies.

研究の動機と目的

• 近傍銀河におけるX線源、特に超高光度X線源（ULXs）の長期的X線変動を研究し、その降着物理学および性質を理解すること。
• Swift、Chandra、MAXIなどの現在のモニタリング機器を用いた、近傍銀河におけるX線準時間的変動および周期的モジュレーションの検出可能性を評価すること。
• MAXIのような全天X線モニタの感度限界が、M31およびM82のような銀河における微弱なX線源の検出に与える影響を評価すること。
• Holmberg IX X-1およびM81 X-6に検出された208日および175日周期的変動が、真の軌道的またはスーパー軌道的モジュレーションであるのか、あるいは光曲線構造に起因するアーチファクトであるのかを特定すること。
• 将来的な観測戦略を支援するため、近傍銀河における可変X線源を効果的に検出・特徴付けるために必要な最適なモニタリング周期および感度閾値を同定すること。

提案手法

• M31およびM81のULXの長期的X線光曲線は、Swift/XRT、Chandra、XMM-Newtonのアーカイブデータを用いて構築された。
• Holmberg IX X-1およびM81 X-6の光曲線における周期的変動を検出するために、Lomb-Scargle周期ogram分析が適用された。
• 検出された周期の統計的有意水準は、誤報確率の閾値と照らし合わせて評価され、信頼性の評価に99.9%信頼水準が用いられた。
• 機器の応答関数および露出補正済み光曲線に基づき、X線の等価放射度および放射束が導出された。
• MAXI/GSCの感度限界は、観測された放射束および検出閾値に基づき評価され、期待される感度と実際の性能とを比較した。
• Hubble Space Telescopeのデータを用いた光学的同等対象との照合により、M81 X-6におけるブラックホール質量などの源の性質が制約された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Swiftによる長期的モニタリングを用いて、Holmberg IX X-1およびM81 X-6におけるULXの周期的変動が、真の軌道的またはスーパー軌道的モジュレーションとして確認可能か？
• RQ2 MAXIなどの現在の全天モニタの感度限界を考慮すると、M31およびM82のような近傍銀河におけるX線準時間的変動源の検出可能性はどの程度か？
• RQ3 M31およびM81のULXのX線光曲線特性は、銀河系X線準時間的変動源と比較してどう異なるか？また、これにより降着幾何学およびコンパクト天体質量に関する何が示唆されるか？
• RQ4 Holmberg IX X-1およびM81 X-6に検出された208日および175日周期は、どれほど物理的モジュレーションに起因するものであり、確率的変動に起因するものではないか？
• RQ5 将来的な全天X線モニタが、近傍銀河における可変X線源を効果的に検出・モニタリングするには、どの程度の感度閾値が必要か？

主な発見

• Holmberg IX X-1のX線光曲線において、99.9%を超える有意水準で208日周期の変動が検出され、これがスーパー軌道的または軌道的モジュレーションを示唆する。
• M81 X-6では175日周期が99.9%の有意水準に近いが、統計的に十分な有意性が得られず、真のモジュレーションとは確認できない。
• M81 X-6の平均X線放射度は約2×10^39 erg s⁻¹であり、質量18M☉のブラックホールがO8 V型の質量の大きな恒星から降着していることと整合的である。
• MAXI/GSCは7か月間の積算でM31を16σの有意水準で検出しており、平均放射束は3.04±0.19 mCrabであったが、15 mCrabの5σ日間感度を下回っていた。
• MAXI/GSCの現在の感度（1日あたり15 mCrab、1か月あたり2.7 mCrab）は、ミルキーウェイで観測されるような月1回の周期の準時間的変動源を検出するには不十分である。
• 今後の全天X線モニタで1日あたり1 mCrabを超える感度が得られれば、M31およびM82のような近傍銀河における可変X線源の効果的なモニタリングが可能になると予想される。