[論文レビュー] Spectroscopy of HD 77581 and the mass of Vela X-1

M. H. van Kerkwijk, J.A. van Paradijs+4 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|May 16, 1995

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 7被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、X線連星Vela X-1の光学的伴星であるHD 77581の高分解能分光を実施し、系の質量決定を精緻化した。離心率の高い軌道における潮汐力が駆動する非軸対称振動による、ケプラーラジアル速度曲線からのずれが、系統的誤差を引き起こし、中性子星の質量の95％信頼区間を1.9–2.8 M☉、光学的星の質量を23.5–25.7 M☉に修正した。

ABSTRACT

We present new high-resolution, high signal-to-noise optical spectra of HD 77581, the optical counterpart of the X-ray source Vela X-1, and determine radial velocities from these spectra, as well as from high-resolution IUE spectra and from digitized photographic spectra. The measured velocities show strong deviations from a pure Keplerian radial-velocity curve, which are autocorrelated within one night, but not from one night to another. Since lines of different ions exhibit very similar changes in profile, these deviations most likely reflect large-scale motions of the stellar surface akin to non-radial pulsations. A possible cause could be that the varying tidal force exerted by the neutron star in its eccentric orbit excites high-order pulsation modes in the optical star which interfere constructively for short time intervals. The effect of such velocity excursions on the orbital solution is estimated by means of a Monte-Carlo simulation technique. We investigate sources of systematic error, due to, e.g., the tidal deformation of the star, and find, in particular, evidence for a systematic perturbation of the radial velocity near the time of velocity minimum. This possible distortion severely compromises the accuracy of the radial-velocity amplitude, leading to a 95\% confidence range of 18.0--28.2\,\kms. The corresponding 95\% confidence limits of the masses are given by $\MX=1.9_{-0.5}^{+0.7}\,\Msun$ and $\Mopt=23.5_{-1.5}^{+2.2}\,\Msun$.

研究の動機と目的

• Vela X-1 X線連星系における中性子星質量の精度を向上させるために、その光学的伴星HD 77581の高分解能光学およびIUE分光を分析すること。
• 純ケプラーモーションから逸脱するラジアル速度測定の系統的ずれを調査し、軌道解法の正確性に与える影響を評価すること。
• 星の潮汐的変形と非軸対称振動が、ラジアル速度振幅および質量決定に与える影響を評価すること。
• 特に軌道速度最小付近における速度プロファイル歪みに起因する不確実性を定量化し、質量推定値への影響を評価すること。
• マルコフ連鎖モンテカルロシミュレーションと複数エポック分光データを用いて、誤差補正を施した堅牢な質量範囲を提示すること。

提案手法

• 地上望遠鏡を用いてHD 77581の高分解能・高SN比光学分光を取得し、アーカイブIUEおよびデジタル化された写真分光データと統合した。
• 複数のイオン種のスピン線からラジアル速度を測定し、一貫性を評価し、プロファイル歪みを検出した。
• 1晩にわたる自己相関のある速度ずれを同定したが、複数晩に跨るズレは認められず、短時間スケールの表面運動を示唆した。
• 観測された速度ずれを、離心率の高い軌道を回る中性子星からの潮汐力によって駆動される非軸対称振動としてモデル化した。
• ラジアル速度の逸脱と系統的誤差が軌道解法および質量決定に与える影響を推定するために、モンテカルロシミュレーションを適用した。
• 潮汐的変形の影響を考慮し、速度最小付近に系統的摂動が生じ、ラジアル速度振幅をバイアスすることが判明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 77581のラジアル速度曲線に見られる非ケプラーモーションの原因は何であり、異なるイオン種において一貫性があるか？
• RQ2 離心率の高い軌道における潮汐力によって駆動される非軸対称振動は、どの程度ラジアル速度測定を歪めるか？
• RQ3 特に潮汐的変形とプロファイル歪みに起因する系統的誤差が、導出されたラジアル速度振幅および質量推定値に与える影響はいかほどか？
• RQ4 速度測定不確実性を補正した後、Vela X-1における中性子星および光学的星の95％信頼区間の質量範囲は何か？
• RQ5 軌道速度最小付近における速度の逸脱は、軌道解法および質量決定の信頼性にどのように影響するか？

主な発見

• HD 77581のラジアル速度曲線は、1晩にわたる強い自己相関のあるずれを示しており、短時間スケールの表面運動を示している。
• 異なるイオン種におけるプロファイル変化が類似しており、局所的効果ではなく大規模な表面運動である可能性が高く、非軸対称振動であると考えられる。
• 中性子星の離心率の高い軌道からの潮汐力が、高次の振動モードを駆動し、短時間間隔で建設的干渉を引き起こす要因であると妥当である。
• 速度最小付近に系統的摂動が生じ、ラジアル速度振幅の正確な推定を損なう顕著なバイアスを引き起こしている。
• 中性子星質量の95％信頼区間は1.9–2.8 M☉、光学的星の質量は23.5–25.7 M☉であり、補正済み速度測定に基づく。
• 本研究は、X線連星系の質量決定において、潮汐効果に起因する速度プロファイル歪みを的確にモデル化しなければ、系統的誤差が生じることを示した。