[論文レビュー] Supergiant Fast X-ray Transients as transient sources in High Mass X-ray Binaries

L. Sidoli|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、IGR J16418–4532 のような超大質量速いX線トランジエンス（SFXT）が、完全なローチューブオーバーフローと純粋なウィンド降着の中間的な遷移的降着状態に起因して、極めて大きなX線変動を示すと提唱している。XMM-Newtonによる観測では、準周期的フレア、変動する吸収、および光電離されたウィンドに一致するソフト過剰が確認され、潮汐ストリームとウィンドの非対称性が不規則な降着バーストを引き起こし、『中程度』のSFXTの動的範囲と挙動を説明するモデルを支持している。

ABSTRACT

Supergiant Fast X-ray Transients (SFXTs) represent the most extreme case of X-ray variability in High Mass X-ray Binaries hosting blue supergiant companions. Mainly discovered thanks to the INTEGRAL monitoring of the Galactic plane, these hard X-ray transients display dynamic ranges which can span five orders of magnitude. This intensity variability is associated with accretion onto Galactic compact objects (mostly neutron stars) through a physical mechanism which is still poorly understood. A review of the current status of our understanding on these sources is presented and discussed. Finally, I present recent XMM-Newton results about the SFXT IGRJ16418-4532, proposing that its variability behavior is due to a transitional accretion regime, intermediate between pure wind accretion and Roche Lobe Overflow. This same regime could explain the X-ray activity of other "intermediate" SFXTs with narrow orbits.

研究の動機と目的

• 超大質量速いX線トランジエンス（SFXT）が示す、最大5桁の動的範囲を示す極端なX線変動の背後にある物理的メカニズムを理解すること。
• 狭い軌道をもつ中程度のSFXT、IGR J16418–4532における降着状態を調査すること。このシステムでは、100倍の光度変動が観測されている。
• 観測された準周期的フレアとスペクトル変動が、純粋なウィンド降着とローチューブオーバーフローの中間的な遷移的状態によって説明可能かどうかを検証すること。
• 中性子星の磁場と自転周期が、SFXTにおける降着とフレア活動をどのように調節しているかを評価すること。
• ソフト過剰放射と変動する吸収の重要性を、降着プラズマの幾何学的形状とイオン化状態を制約するために評価すること。

提案手法

• IGR J16418–4532の2011年観測を対象に、XMM-Newton EPIC-pnの光度曲線を分析し、時間経過に伴うX線輝度変動を追跡した。
• XSPECモデルを用いたスペクトルフィッティングを行い、パワー則、ブラックボディ成分、および光電離ウィンドモデル（イオン化パラメータξを含む）を用いてソフト過剰を解釈した。
• 2004年、2011年、およびアーカイブ済みRXTEデータを含む複数の観測で、パルス周期解析を実施し、パルスプロファイルの形態とタイミング行動の変化を検出した。
• 観測された光度曲線を、Blondin & Owen (1997) の遷移的降着の流体力学的シミュレーションと比較した。このモデルでは、弱い潮汐ストリームが降着衝撃波と相互作用する状況を想定している。
• X線スペクトルからの吸収列密度を測定し、視線方向の遮蔽と時間的変化するウィンド密度を評価した。
• 2成分連続スペクトル（パワー則＋ブラックボディ）の存在を検討し、降着コアからの放射と中性子星の性質を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 狭い軌道をもつシステムにおいて、SFXTが最大5桁のX線変動を示す背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ2 IGR J16418–4532における降着状態は、純粋なウィンド降着と完全なローチューブオーバーフローとどのように異なり、遷移的状態を示す証拠は何か？
• RQ3 IGR J16418–4532で観測された準周期的フレアの原因は何か？これは降着ウィンドの非対称性や潮汐ストリームのダイナミクスに関係しているか？
• RQ4 高輝度状態と低輝度状態の間でパルスプロファイルの形態が変化するのはなぜか？これは降着幾何学的形状に何を示唆するか？
• RQ5 X線スペクトルにおけるソフト過剰放射の起源は何か？これは周囲のウィンドのイオン化状態とどのように関係しているか？

主な発見

• IGR J16418–4532は、X線光度が5×10³⁴ erg s⁻¹ から 5×10³⁶ erg s⁻¹ にまで変動する2桁の動的範囲を示しており、中程度のSFXTクラスに一致する。
• XMM-Newtonによる2011年の観測では、イオン化パラメータξ = 125⁺⁶⁰₋₄₅ erg cm s⁻¹ のソフト過剰が確認され、これは光電離ウィンド成分によって最もよく説明される。
• 吸収列密度は2004年の18.6×10²² cm⁻² から2011年の8.2×10²² cm⁻² に低下しており、遮蔽の変動と時間的変化するウィンド密度を示している。
• パルスプロファイルは、フレア時には二重ピークを示し、低輝度状態では単一ピークを示しており、降着幾何学的形状または放射領域の変化を示している。
• 2011年のX線光度曲線は、遷移的降着状態のシミュレーション曲線とよく一致しており、ウィンド降着とローチューブオーバーフローの中間的なハイブリッド状態である可能性を示唆している。
• 2011年観測の最終部における準周期的フレアは、1200 s の自転周期と位相ロックされていないため、回転調制ではなく降着ストリーム内の不安定性に起因する可能性が高い。