[論文レビュー] The broad-band (0.1-200 keV) spectrum of Her X-1 observed with BeppoSAX

D. Dal Fiume, M. Orlandini+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 1997

Superconducting Materials and Applications被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、複数の軌道周期にわたるBeppoSAX観測により、0.1–200 keVの範囲で最初の同時的広帯域X線スペクトルをパulsar Her X-1に対して取得した。スペクトルは、黒体、パワーロー、高エネルギー端切れの3つの連続スペクトル成分に加え、Fe LおよびKの発光ライン、および正確に測定された40 keVのサイクロトロン共鳴特徴を特定しており、降着柱内の磁場および放射の幾何学的構造に関する新たな制約を提供している。

ABSTRACT

The X-ray pulsar Her X-1 was observed for more than two orbital cycles near the maximum of the 35 day X-ray intensity cycle by the Narrow Field Instruments on-board the BeppoSAX satellite. We present the first simultaneous measurement of the 0.1-200 keV spectrum. Three distinct continuum components are evident in the phase averaged spectrum: a low energy excess, modeled as a 0.1 keV blackbody; a power-law and a high energy cut-off. Superposed on this continuum are Fe L and K emission features at 1.0 and 6.5 keV, respectively, and a ~40 keV cyclotron absorption feature. The cyclotron feature can be clearly seen in raw count spectra. We present the properties of the cyclotron feature with unprecedented precision and discuss the indications given by this measurement on the physical properties of the emitting region.

研究の動機と目的

• BeppoSAXのナローフィールド機器を用いて、0.1–200 keVの範囲でHer X-1の同時的広帯域X線スペクトルを取得すること。
• 低エネルギー過剰、パワーロー、高エネルギー端切れを含む連続スペクトル成分の特徴を付与すること。
• X線スペクトル内のサイクロトロン共鳴特徴および蛍光発光ラインの同定と高精度な測定をすること。
• スペクトル特徴から降着柱の物理的性質、例えば磁場強度や幾何学的構造を推定すること。

提案手法

• BeppoSAXのナローフィールド機器を用いて、35日周期の2周期以上にわたるHer X-1の観測。
• 原始カウントスペクトルの解析により、40 keVのサイクロトロン吸収特徴の検出と特徴の特定。
• 位相平均スペクトルを、0.1 keVの黒体、パワーロー、高エネルギー端切れの成分を含むモデルでフィッティング。
• 連続スペクトル上に重畳されたFe L（1.0 keV）およびFe K（6.5 keV）発光ラインの同定。
• スペクトルフィッティング技術を用いて、サイクロトロン特徴のエネルギー、深さ、幅を高精度に決定。
• サイクロトロン特徴エネルギーから磁場強度などの物理的パラメータを抽出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.1から200 keVの範囲で、Her X-1の広帯域X線スペクトルの形状と構成はどのようなものか？
• RQ2 低エネルギー過剰、パワーロー、高エネルギー端切れの各成分は、合計放射にどのように寄与しているか？
• RQ3 サイクロトロン吸収特徴の正確なエネルギーと深さは何か？ それは磁場に何を示唆しているか？
• RQ4 Fe LおよびK発光ラインの性質は何か？ それらは降着プロセスとどのように関係しているか？
• RQ5 観測されたスペクトル特徴から、降着柱内の物理的状態はどのように示唆されるか？

主な発見

• 位相平均スペクトルは、0.1 keVの黒体成分で最もよくモデル化される低エネルギー過剰を示している。
• 連続スペクトルはパワーロー成分と高エネルギー端切れを含み、熱的および非熱的放射過程を示している。
• 約40 keVの明確なサイクロトロン吸収特徴が原始カウントスペクトルで明確に解像されている。
• サイクロトロン特徴は、これまでにない高精度で測定されており、そのエネルギーから推定される磁場強度と整合的であることを支持している。
• Fe L発光（1.0 keV）およびFe K発光（6.5 keV）が検出されており、降着柱または周囲物質における蛍光を示している。
• スペクトル特徴が総合的に、発光領域の位置および光学的厚さを含む、降着柱の幾何学的および物理的状態を制約している。