[論文レビュー] Results from Droxo. I. The variability of fluorescent Fe 6.4 keV emission in the young star Elias 29: High-energy electrons in the star's accretion tubes?

Giovanna Giardino, F. Favata+4 more|ArXiv.org|Oct 10, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 26被引用数 17

ひとこと要約

本論文は、若い原始星（Class I YSO）Elias 29における非常に変動が激しい6.4 keV Fe Kα線放射が、星と惑星環の間をつなぐ降着チューブ内で発生する磁気再結合イベントによって加速された非熱的電子による衝突電離によって引き起こされるものであると提案している。熱的X線連続スペクトルに変化が見られないにもかかわらず、線の等価幅が顕著に変化（ピークで約250 eV）しており、これは中性物質への局所的電子衝突を示しており、若年星系における非熱的プロセスの証拠を提供する。

ABSTRACT

AIMS. We study the variability of the Fe 6.4 KeV emission line from the Class I young stellar object Elias 29 in the Rho-Oph cloud. METHODS. We analysed the data from Elias 29 collected by XMM during a nine-day, nearly continuous observation of the Rho-Oph star-forming region (the Deep Rho-Oph X-ray Observation, named Droxo). The data were subdivided into six homogeneous time intervals, and the six resulting spectra were individually analysed. RESULTS. We detect significant variability in the equivalent width of the Fe 6.4 keV emission line from Elias 29. The 6.4 keV line is absent during the first time interval of observation and appears at its maximum strength during the second time interval (90 ks after Elias 29 undergoes a strong flare). The X-ray thermal emission is unchanged between the two observation segments, while line variability is present at a 99.9% confidence level. Given the significant line variability in the absence of variations in the X-ray ionising continuum and the weakness of the photoionising continuum from the star's thermal X-ray emission, we suggest that the fluorescence may be induced by collisional ionisation from an (unseen) population of non-thermal electrons. We speculate on the possibility that the electrons are accelerated in a reconnection event of a magnetically confined accretion loop, connecting the young star to its circumstellar disk.

研究の動機と目的

• 9日間のXMM-Newton観測における若い原始星Elias 29のFe 6.4 keV蛍光線の時間的変動を調査すること。
• 観測された線の変動がX線電離連続スペクトルの変化によって説明できるのか、それとも非熱的メカニズムを要するのかを特定すること。
• 深紫外X線観測におけるスペクトル変動の分析を通じて、周囲星間環境の幾何学的・物理的条件を評価すること。
• 磁気再結合が降着チューブ内で発生し、電子を加速して中性Feを電離させ、観測された蛍光を生じさせる可能性を検討すること。

提案手法

• Elias 29の9日間のXMM-Newton観測データを、均一な時間間隔に6つの区間に分割し、時間分解スペクトル解析を実施した。
• 個々のスペクトルに、熱的プラズマ放射と6.4 keVにおけるガウス線を含むモデルをフィットさせ、等価幅の変動を測定した。
• 観測された線の変動と熱的X線連続スペクトルの変化を比較し、光電離が主要因でないことを除外した。
• シミュレーションを用いて線の変動の有意性を評価し、熱的放射が安定しているにもかかわらず99.9%の信頼水準で有意であることを確認した。
• 観測された放射レベルと整合するパラメータ（Γ、a、Ec）を用いたブレムストラahl放射のモデル化を通じて、非熱的電子ビームの妥当性を評価した。
• 磁気力学的モデルを提示し、降着チューブ内での磁気再結合が電子を加速し、降着物質内の中性Feと衝突させることで、蛍光を生成するものとした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Elias 29における6.4 keV Fe Kα線の変動は、熱的X線連続スペクトルの変化と相関しているか？
• RQ2 ピーク時の等価幅（約250 eV）は、星の熱的X線放射による光電離で説明可能か？
• RQ3 電離連続スペクトルに変化がないにもかかわらず、強力で変動が激しいFe Kα蛍光を生じる物理的メカニズムは何か？
• RQ4 Class I YSOの降着領域に非熱的電子集団の証拠はあるか？
• RQ5 降着チューブ内での磁気再結合が、観測された蛍光を生じる電子加速の源である可能性は？

主な発見

• 最初の観測区間ではFe 6.4 keV線が検出されず、強いX線フレアから90 ks後に2番目の区間で最大等価幅（約250 eV）に達した。
• 最初と2番目の区間間で熱的X線連続スペクトルに変化がなく、電離源の変動が線の変動の原因でないことを否定した。
• 線の変動は99.9%の信頼水準で有意であり、統計的フラクチュエーションを超える物理的メカニズムを示している。
• 高い等価幅（約250 eV）は、星の熱的放射による光電離で予測される値を大きく上回り、標準的な蛍光モデルに挑戦する。
• 観測された線の変動は、おそらく磁気再結合イベントによって加速された非熱的電子による衝突電離によって最もよく説明できる。
• 著者らは、これらの電子が磁気的に閉じ込められた降着チューブ内で生成され、降着物質に直接エネルギーを放出することで、局所的にFe Kα放射が生成されるものと提案している。