[論文レビュー] Peculiar X-ray transient SRGA J043520.9+552226/AT2019wey discovered with SRG/ART-XC

I. A. Mereminskiy, А. В. Додин+25 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 57被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、SRG/ART-XC望遠鏡によって検出された新規のX線準恒的天体であるSRGA J043520.9+552226を、低質量X線連星（LMXB）系におけるブラックホールとして同定した。X線（NuSTAR、INTEGRAL、NICER）、光学（2.5-mおよびRC600望遠鏡）、電波観測による多波長フォローアップ調査により、長期間にわたるハード状態の活動期が明らかになった。この活動期は、低周波数準周期的振動（LF QPOs）、異常なLX–Lopt相関、X線照射による降着円盤の特徴を示し、光学的対応星が明るいという点で、詳細な研究が可能な最初の例である。

ABSTRACT

Context: During the ongoing all-sky survey, the Mikhail Pavlinsky ART-XC telescope on board the SRG observatory should discover new X-ray sources, many of which can be transient. Here we report on the discovery and multiwavelength follow-up of a peculiar X-ray source SRGA J043520.9+552226=SRGe J043523.3+552234 - the high-energy counterpart of the optical transient AT2019wey. Aims: Thanks to its sensitivity and the survey strategy, the Mikhail Pavlinsky ART-XC telescope uncovers poorly studied weak transient populations. Using a synergy with current public optical surveys, we are aiming at revealing the nature of these transients to study its parent populations. The SRGA J043520.9+552226 is the first transient detected by ART-XC which has a bright optical counterpart suitable for further studies. Methods: We have used available public X-ray and optical data and observations with SRG, INTEGRAL, NuSTAR, NICER and ground-based telescopes to investigate the source spectral energy distributions at different phases of the outburst. Results: Based on X-ray spectral and timing properties derived from space observations, optical spectroscopy and photometry obtained with the 2.5-m and RC600 CMO SAI MSU telescopes, we propose the source to be a black hole in a low-mass close X-ray binary system.

研究の動機と目的

• 新規に発見されたX線準恒的天体SRGA J043520.9+552226が明るい光学的対応星を有するという特徴をもとに、多波長フォローアップを用いてその性質を同定すること。
• 活動期に差し掛かった際のX線スペクトルおよび時間的性質を調査すること。
• 光学分光および全バンドスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを用いて、距離、連星系パラメータ、降着物理学を特定すること。
• X線照射が降着円盤スペクトルおよび光学的放射に与える影響を調査すること。

提案手法

• SRG/ART-XC望遠鏡およびeROSITAによる近接リアルタイムのX線検出を活用し、源の位置決めと初期的特徴の特定を実施した。
• 2.5-mおよびRC600 CMO SAI MSU望遠鏡を用いたフォローアップ光学分光および光度測定により、吸収線の同定と距離および連星系パラメータの制約を実施した。
• NuSTAR、INTEGRAL、NICERのX線データを分析し、ハードX線放射および強いリフレクション特徴を含む全バンドX線スペクトルをモデリングした。
• NIRからUVまでの全バンドスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを実施し、連続スペクトルをべき乗則（fν ∼να）でフィットし、消光（EB−V = 0.8–1.2）を考慮した。
• X線光度曲線に低周波数準周期的振動（LF QPOs）を同定し、源がブラックホールX線連星の低ハード状態に位置することを確認した。
• 降着円盤をX線照射を受けた、電子散乱および粘性効果を考慮した修正ブラックボディとモデル化し、浅い吸収線および平坦な連続スペクトルを説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線準恒的天体SRGA J043520.9+552226の性質は何か？ また、既知のX線連星系とどのように関係しているか？
• RQ2 なぜこの源は、通常のブラックホールLMXBとは異なり、ゆっくりとした上昇を示す長期間のX線活動期を示すのか？
• RQ3 NIRからUVまでの全バンドSEDは時間とともにどのように変化するのか？ これにより降着円盤およびX線照射効果の性質がどのように明らかになるか？
• RQ4 光学スペクトルに見られる浅いバルマー吸収線およびボーエンブレンドの起源は何か？ また、これらは軌道パラメータの測定に利用可能か？
• RQ5 X線照射が降着円盤スペクトルをどの程度変化させるのか？ これにより観測されたfν ∼ναのべき乗則指数はどのように影響を受けるか？

主な発見

• SRGA J043520.9+552226は、距離が1〜10 kpcの可能性があり、二次星質量が≤0.8 M☉である低質量X線連星（LMXB）におけるブラックホールと同定された。
• 源は、ゆっくりとした上昇を示す長期間のX線活動期を示し、これは「ハードのみ」の活動期に特徴づけられ、低周波数準周期的振動（LF QPOs）を示した。これにより、ブラックホールLMXBが低ハード状態にあることが確認された。
• 光学スペクトルにはバルマー線の吸収およびボーエンブレンドが観測され、同伴星の大気がX線で照射されていることを示しており、将来的な軌道パラメータの決定が可能である。
• NIRからUVまでの全バンドSEDは、べき乗則fν ∼να（α ≈0.7–1.7）でよくフィットし、EB−V = 0.8–1.2の消光を考慮した場合、X線照射を受けた降着円盤モデルと整合的である。
• 浅い吸収線および平坦な連続スペクトルは、外側の円盤が顕著にX線で照射されていることを示唆しており、逆転または浅い線および観測されたスペクトルの平坦化を説明できる可能性がある。
• 発見後1年以上にわたり活動期が継続しており、高エネルギー放射が変化していることから、持続的な降着が行われており、長期にわたる多波長モニタリングの優れた対象であると判明した。