[論文レビュー] Supergiant Fast X-ray Transients: a Review

P. Romano, L. Sidoli+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2010

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本レビューでは、超巨星速X線準周期的爆発源（SFXT）の現在の理解を統合し、その短時間にわたる高輝度の爆発が、質量の大きな超巨星の同伴星からのクラスターや赤道に強化された風に起因する周期的降着によって引き起こされることを提案する。Swift/XRTによる監視により、爆発以外の期間にも持続的な低レベルのX線放射が観測された。これは、10³³–10³⁴ erg s⁻¹の連続的降着を示しており、スペクトル適合により、中性子星の極域に一致する小型で高温の放射領域が特定された。

ABSTRACT

We review the status of our knowledge on supergiant fast X-ray transients (SFXTs), a new hot topic in multi wavelength studies of binaries. We discuss the mechanisms believed to power these transients and then highlight the unique contribution Swift is giving to this field, and how new technology complements and sometimes changes the view of things.

研究の動機と目的

• 超巨星速X線準周期的爆発源（SFXT）の現在の理解をレビューすること。SFXTは、極端なX線変動を示す新しく認識された高質量X線連星の一種である。
• SFXTにおける短時間にわたる高輝度X線爆発の原因をめぐる、クラスターウインド、赤道に強化されたウインド、およびゲーテッド降着メカニズムといった、競合するモデルを評価すること。
• Swiftが、Quiescence（静穏期）、中間状態、爆発期を含む、SFXTの継続的かつ非偶然的な監視を可能にした役割を評価すること。
• 爆発以外の期間に観測される低レベルのX線放射が、中性子星への継続的降着と整合するかを検証し、長期間の静穏期という概念に疑問を呈すること。

提案手法

• INTEGRAL、Swift、Chandra、およびアーカイブ観測データを用いて、SFXTの性質に関する包括的レビューを実施する。
• IGR J16479–4514、XTE J1739–302、IGR J17544–2619、AX J1841.0–0536の4つのSFXTを対象とした1年間の監視キャンペーンで得られたSwift/XRT光曲線およびスペクトルデータを分析する。
• 吸収されたパワー則およびブラックボディモデルを用いてX線スペクトルを適合させ、放射特性および放射領域の大きさを特定する。
• 理論的モデル（クラスターサイクリックな球対称ウインド、赤道に強化されたウインド、磁気的または遠心力バリアによるゲーテッド降着）と照らし合わせ、観測された爆発再発パターンおよび光曲線形状を比較分析する。
• 強度選択スペクトロスコピーを用いて、低強度および中間強度状態の放射を分析し、スペクトルの硬化および小型の放射領域を同定する。
• 観測データ（自転周期、磁場推定値、輝度範囲：10³²–10³⁷ erg s⁻¹）と整合するモデルの妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SFXTにおける短時間にわたる高輝度X線爆発を説明するメカニズムは何か。これは、恒久的HMXBとどのように異なるか？
• RQ2 爆発以外の期間に観測される低レベルのX線放射は、連続的降着と整合するのか。それとも静穏状態を示唆するのか？
• RQ3 観測された爆発の周期性（例：11日、24日、150日）は、赤道に強化されたウインドモデルで説明可能か？
• RQ4 爆発以外の期間のスペクトル的性質は、中性子星の極域への降着を支持するか。また、これは放射領域の大きさにどのような含意を持つのか？
• RQ5 測定された中性子星の自転周期および推定磁場は、ゲーテッド降着モデルをどの程度制限するか？

主な発見

• Swift/XRT監視により、SFXTは明るい爆発以外の期間にも10³³–10³⁴ erg s⁻¹の持続的X線放射を示しており、これは長期間の静穏期ではなく、連続的降着を示している。
• 低強度および中間強度状態のスペクトル適合では、硬いパワー則（Γ ≈ 0.8–2）または高温のブラックボディ成分（kT_BB ≈ 1–2 keV）が得られ、放射領域の半径は数100メートル程度であり、中性子星の極域に一致する。
• 赤道に強化されたウインドモデルが、IGR J11215–5952における周期的爆発およびIGR J08408–4503（11日および24日周期）およびIGR J17544–2619（約150日間の準周期性）の再発パターンを最もよく説明する。
• クラスターウインドモデルだけでは、IGR J11215–5952における観測された周期性や光曲線の幅を説明できないが、変動するクラスターマス分布による低レベルの降着には寄与する可能性がある。
• マグネタールに似た磁場（B > 10¹⁴ G）と長い自転周期（P_spin > 1000 s）を要するゲーテッド降着モデルは、観測された自転周期（例：IGR J16465–4507では228 s）およびスペクトルと整合せず、低磁場を支持する。
• IGR J18483–0311における18.5日周期の爆発の検出は、赤道に強化されたウインドモデルを支持する。これは、周期性がこのメカニズムの主要な診断指標である可能性を示唆する。