[論文レビュー] Supergiant Fast X-ray Transients: A common behaviour or a class of objects?

I. Negueruela, David M. Smith+2 more|ArXiv.org|Apr 24, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、短時間（数時間）にわたる強力なX線増光を示す、巨大星からの降着を伴う中性子星を伴う新しいタイプの質量連星系であるスーパージャイアント・ファストX線トランジェント（SFXTs）を調査している。著者らは、SFXTsが独立したクラスではなく、恒久的とトランジェントなスーパージャイアントX線連星（SGXB）の間の連続的行動の一部であると判明し、古典的SGXBと区別できる特徴的な光学的性質は見当たらない。また、反復的で、ときには周期的な増光が蓄積的に観測されているにもかかわらず、増光の物理的メカニズムは未解明のままである。

ABSTRACT

INTEGRAL monitoring of the Galactic Plane is revealing a growing number of recurrent X-ray transients, characterised by short outbursts with very fast rise times (~ tens of minutes) and typical durations of a few hours. A substantial fraction of these sources are associated with OB supergiants and hence define a new class of massive X-ray binaries, which we call Supergiant Fast X-ray Transients. Characterisation of the astrophysical parameters of their counterparts is underway. So far, we have found a number of late O and early B supergiants of different luminosities at a large range of distances. Nothing in their optical properties sets them apart from classical Supergiant X-ray Binaries. On the other hand, there is now rather concluding evidence that persistent supergiant X-ray binaries also show fast outbursts. This suggests a continuum of behaviours between typical persistent supergiant systems and purely transient systems, but offers very little information about the physical causes of the outbursts.

研究の動機と目的

• スーパージャイアント・ファストX線トランジェント（SFXTs）が、独立した質量連星系のクラスを形成しているのか、それとも既存のSGXB系内での行動の連続体であるのかを特定すること。
• SFXTsの光学的対応体の性質を特定し、古典的スーパージャイアントX線連星（SGXBs）のそれらと比較すること。
• これらの系で観測される短時間で強いX線増光を引き起こす物理的メカニズムを調査すること。
• 高吸収と短い増光期間のため、従来のX線サーベイで検出されなかったトランジェント系の発見にINTEGRALが果たす役割を評価すること。
• IGR J11215−5952で観測された周期的な増光が、背後にある降着または噴出メカニズムを制限するかを評価すること。

提案手法

• 銀河平面のINTEGRAL監視を用いて、スーパージャイアントX線連星系における短いX線増光を検出し、特徴を特定した。
• VLT/FORS1、NOT、SAAO望遠鏡を用いた光学分光測定により、光学的対応体のスペクトル型を分類し、距離を推定した。
• INTEGRAL、RXTE、Chandra、XMM-Newton、SwiftのX線光曲線を分析し、増光持続時間、上昇時間、スペクトル変動性を調査した。
• 増光中の放射特性を特定するために、高エネルギー切断を伴うパワー・レッグモデルと熱的ブレムストラーラーモデルを用いてX線スペクトルフィットを実施した。
• アーカイブデータ（ASCA、RossiXTE、Chandra）を用いて、消灯状態の状態を評価し、複数の観測エポックにわたる変動を検出した。
• 光曲線に対する統計的解析を実施し、特にIGR J11215−5952において増光再発の周期性を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スーパージャイアント・ファストX線トランジェント（SFXTs）は、質量連星系の独立したクラスを形成しているのか、それとも既存のSGXB系内での行動の連続体であるのか？
• RQ2 SFXTsの光学的対応体の性質は何か？ それらは古典的恒久的SGXBsとどのように比較されるか？
• RQ3 SFXTsで観測される極めて短時間で強いX線増光を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ4 IGR J11215−5952で観測された周期的な増光再発は、降着または噴出メカニズムの候補を制限するか？
• RQ5 高吸収と短い増光期間が、従来のX線サーベイでこれらの系が未検出に終わった主な要因であると見なせるか？

主な発見

• INTEGRALによる監視により、数時間の増光を示す反復的X線トランジェントが増加して検出されており、主にOB型スーパージャイアントと関連しており、これにより新しいクラス「スーパージャイアント・ファストX線トランジェント（SFXTs）」が定義された。
• SFXTsの光学的対応体は、遅いO型および初期B型スーパージャイアントであり、明るさの範囲が広がっており、古典的SGXBsと区別できる特徴的な光学的特徴は確認されなかった。
• IGR J11215−5952は、約329日ごとの周期的増光を示し、各増光は約2.5日間続き、ピークX線放射率L_X ~ 10^36 erg s⁻¹に達しており、安定した軌道的または風構造の調制を示唆している。
• IGR J11215−5952は、周期186.8 ± 0.3 sの確認されたX線パルスを示しており、中性子星がコンパクト物体として存在することを裏付けている。
• SFXTsの増光は1時間未塔の急速な上昇、複雑な光曲線に複数のフレア、および非常に変動しやすい吸収を示し、スペクトルは高エネルギー切断を伴うパワー・レッグモデルまたはkT ~ 20 keVの熱的ブレムストラーラーで最もよくフィットする。
• 恒久的SGXBsでも同様の高速増光を示しており、恒久的からトランジェント系への連続的な行動スペクトルが存在し、それらの間には明確な物理的境界がないことが示唆された。