[論文レビュー] The central region of M31 observed with XMM-Newton. II. Variability of the individual sources

J. P. Osborne, K. Borozdin+14 more|ArXiv.org|Aug 3, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 22被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、M31中心領域のXMM-Newton観測を用いて、6か月間のベースラインにおける個々のX線源の変動を調査する。明るい源の少なくとも15%が変動的であると特定され、ブラックホール候補LXMBに類似した新しい準恒的源が発見され、急速に回転する白色矮星が新生星状態にある可能性のあるスーパーソフト源からの865秒のパルス振動が検出された。

ABSTRACT

We present the results of a study of the variability of X-ray sources in the central 30' of the nearby Andromeda Galaxy (M31) based on XMM Performance Verification observations. Two observations of this field, with a total exposure time of about 50 ks, were performed in June and December of 2000. We found 116 sources brighter than a limiting luminosity of 6 x 10(35) erg/s (0.3--12 keV, d=760 kpc). For the ~60 brightest sources, we searched for periodic and non-periodic variability; at least 15% of these sources appear to be variable on a time scale of several months. We discovered a new bright transient source ~2.9' from the nucleus in the June observation; this source faded significantly and was no longer detected in December. The behaviour of the object is similar to a handful of Galactic LMXB transients, most of which are supposed to harbor black holes. We detected pulsations with a period of \~865 s from a source with a supersoft spectrum. The flux of this source decreased significantly between the two XMM observations. The detected period is unusually short and points to a rapidly spinning magnetized white dwarf. The high luminosity and transient nature of the source suggest its possible identification with classical or symbiotic nova, some of which were observed earlier as supersoft sources.

研究の動機と目的

• XMM-Newton観測を用いて、M31中心30′領域内の個々のX線源の変動を調査すること。
• 検出されたX線源が、数か月スケールの周期的または非周期的変動を示すかどうかを特定すること。
• M31バルジ内に存在する準恒的源およびパルス的対象を同定・特徴づけること。
• 変動の性質が、特にLXMBおよびスーパーソフト源の分類に与える意味を評価すること。
• 既知の銀河系X線源との変動行動を比較し、観測の感度限界を評価すること。

提案手法

• 2000年6月および12月にM31中心領域をXMM-Newtonのパフォーマンス検証観測で2回実施し、合計露出時間は約50 ksであった。
• EPIC-PNおよびEPIC-MOS機器を用い、6×10³⁵ erg s⁻¹以上の輝度限界を超える116個の源の光度曲線を抽出した。
• 周期的変動の探索のため、10〜1000秒の周期を想定して折りたたみ手法を適用した時間系列解析を実施した。
• 非変動源の周期的モード変動率の90%上限を計算し、明るい源で3.6%（最も明るい）から、やや弱い源で約30%まで変動した。
• 非周期的変動（X線爆発など）の解析には、背景を差し引いたカウントレートを用いた。
• 観測間の輝度変化を比較して準恒的行動を同定し、スペクトル解析を用いてスーパーソフト源を分類した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31中心領域のX線源のうち、数か月スケールで変動を示す割合はどの程度か？
• RQ2 観測間で消え去った新規に検出された準恒的源の性質は何か？
• RQ3 スーパーソフトX線源でコherentなパルスを検出できるか？その周期が背後にあるコンパクト天体に何を示唆するか？
• RQ4 M31の源の変動行動は、既知の銀河系X線準恒的源およびパルサーとどのように比較できるか？
• RQ5 スーパーソフト源の高輝度と短いパルス周期が、その分類および進化状態に与える意味は何か？

主な発見

• M31中心領域の約60個の最も明るいX線源のうち、少なくとも15%が数か月スケールで変動を示しており、これは保守的な下限値である。
• 2000年6月に、核から約2.9′離れた場所に新しい準恒的源（XMMU J004234.1+411808）が検出されたが、12月の観測では検出されず、銀河系LXMBの活動期に類似した明るいX線準恒的源と一致する。
• 6月の観測で、約865.5秒のパルス周期を示すスーパーソフト源が検出された。脈動波形は準正弦波的であり、12月には著しい輝度減衰が観測された。
• 865.5秒の周期は、スーパーソフト源で測定された最短周期であり、急速に回転する磁気的白色矮星が、新生星状態の核燃焼段階にある可能性を示唆する。
• この源の高輝度と準恒的行動は、通常のCV系ではなく、恒常的核燃焼状態にある古典的またはシンビオティック新星と一致する。
• X線爆発は検出されず、10秒未満の時間スケールでの短い時間スケール変動に対する感度は、カウントレートが低く、10秒未満の時間スケールでの絶対時刻補正が欠落していたため制限された。