[論文レビュー] RXTE Observation of the X-ray burster 1E1724-3045. I : Timing study of the persistent X-ray emission with the PCA

Jean-Philippe Olive, D. Barret+4 more|ArXiv.org|Feb 4, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、RXTE/PCAデータを用いてX線バースター1E1724-3045の持続的X線放射のタイミング解析を実施した。2つの主要なショットノイズ成分（それぞれの減衰 timescale は約680 msおよび約16 ms）と、0.8 Hzに中心を持つ広帯域のQPOに類似した特徴、および約25%の分顔回帰RMSを示す高周波数ノイズが同定された。これは、源が「アiland」状態のアトール源であることを示している。これらの発見は、低周波数QPOと高RMSがブラックホールの特徴であるという一意性を挑戦し、中性子星系でも同様の振るまいを示すことを示している。

ABSTRACT

We report on the RXTE/PCA observation of the X-ray burster 1E1724-3045 located in the globular cluster Terzan 2. The persistent X-ray emission shows a high level of noise variability, the so-called High Frequency Noise (HFN) with a fractional Root Mean Squared (RMS) of about 25% in the 2E-3 - 40 Hz range. The strong HFN together with the hardness of its X-ray spectrum suggest that 1E1724-3045 is an ``Atoll'' source which was in its ``Island'' state during the observation. The Fourier Power Density Spectra (PDS) can be modeled in terms of the sum of two ``shot noise'' components for which the shots have a single-side exponential shape. The characteristic shot decay timescales inferred from the best fitting of the PDS are ~680 and 16 msec respectively. The two components contribute similarly to the total RMS (about 15%). The PDS contains also a third component: a broad and asymmetric peaked noise feature centered at 0.8 Hz. This Quasi Periodic Oscillation-like (QPO) feature contributes at the level of ~ 10% to the total RMS. The integrated RMS of all three components shows a positive correlation with energy up to at least 40 keV. We also show that 1E1724-3045 has striking timing similarities with the black hole candidate GRO J0422+32 (Nova Persei 1992). Our observation demonstrates that a low frequency QPO simultaneously with a high level of RMS is not a timing signature unique to black holes. This extends the growing list of similarities between Atoll sources and black hole systems.

研究の動機と目的

• RXTE/PCAデータを用いてX線バースター1E1724-3045の持続的X線放射のタイミング特性を調査すること。
• 観測された変動が、特にアトール源の「アイルランド」状態に知られている accretion 状態と整合するかどうかを特定すること。
• 低周波数QPOと高分顔回帰RMSがブラックホール候補者に特有であるかどうかを評価すること。
• ブラックホール候補者GRO J0422+32とのX線変動の類似性を評価するために、1E1724-3045のタイミング行動を比較すること。

提案手法

• 2–40 keVエネルギー範囲におけるRXTE/PCA光曲線の解析により、パワー密度スペクトル（PDS）を抽出した。
• 変動の timescale を特徴付けるために、2つの単一方向の指数関数的ショットノイズ成分の和を用いたPDSのモデル化。
• PDSにおける0.8 Hzに中心を持つ広帯域で非対称な準周期的振動（QPO）に類似した特徴の同定と定量的評価。
• 2–40 keVバンド全体にわたるエネルギー依存性の分顔回帰RMS変動を測定し、スペクトル・タイミング相関を評価した。
• 観測されたタイミング特徴をブラックホール候補者GRO J0422+32のそれと比較し、現象論的類似性を評価した。
• フーリエ解析を用いて、異なる timescale と振幅を持つ明確に分離可能な変動成分にパワー密度スペクトルを分解した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1E1724-3045の持続的X線放射における変動成分の特徴的な timescale と振幅は何か？
• RQ2 1E1724-3045に低周波数QPOに類似した特徴と高分顔回帰RMSが存在することは、ブラックホールに類似した降着状態を示唆するか？
• RQ3 全RMSのエネルギー依存性はX線バンド全体でどのように変化するか？ これは放射メカニズムにどのような含意を持つか？
• RQ4 1E1724-3045のタイミング特性は、ブラックホール候補者GRO J0422+32のそれとどの程度類似しているか？

主な発見

• 1E1724-3045の持続的X線放射は、2–40 Hz範囲で約25%の分顔回帰RMSを示す、高いノイズ変動を示している。
• パワー密度スペクトルは、それぞれの減衰 timescale が約680 msおよび約16 msの2つのショットノイズ成分の和によって最もよくモデル化され、それぞれが総RMSの約15%を寄与している。
• 0.8 Hzに中心を持つ広帯域で非対称なQPOに類似した特徴が、総RMSの約10%を寄与している。
• 統合分顔回帰RMSは、少なくとも40 keVまでエネルギーに正の相関を示しており、エネルギー依存性の変動を示している。
• 源は、強力な高周波数ノイズと低周波数QPOの共存という点で、ブラックホール候補者GRO J0422+32と顕著なタイミング的類似性を示している。
• 本研究の結果は、高周波数ノイズと低周波数QPOの同時存在がブラックホール系に特有でないことを示しており、アトール源とブラックホール候補者との間の現象論的類似性が拡張されている。