[論文レビュー] The Dearth of low-luminosity Globular Cluster LMXBs in NGC 3379

G. Fabbiano, N. J. Brassington+11 more|ArXiv.org|Oct 26, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、NGC 3379の深宇宙X線観測を用いて、~4×10³⁷ erg s⁻¹未塔の低光度球状星団低質量X線連星（GC LMXB）が顕著に不足していることが明らかになった。これは、すべてのLMXBが球状星団で形成されるという長年の仮説に挑戦するものである。この不足は、動的形成と恒久的から一時的行動への遷移に一致し、白色矮星供給体よりも主系列星供給体を有する系を支持する。

ABSTRACT

Our campaign of deep monitoring observations with {\it Chandra} of the nearby elliptical galaxy NGC 3379 has lead to the detection of nine globular cluster (GC) and 53 field low mass X-ray binaries (LMXBs) in the joint {\it Hubble}/{\it Chandra} field of view of this galaxy. Comparing these populations, we find a highly significant lack of GC LMXBs at the low (0.3-8 keV) X-ray luminosities (in the $\sim 10^{36}$ to $\sim 4 imes10^{37}$ erg s$^{-1}$ range) probed with our observations. This result conflicts with the proposition that all LMXBs are formed in GCs. This lack of low-luminosity sources in GCs is consistent with continuous LMXB formation due to stellar interactions and with the transition from persistent to transient LMXBs. The observed cut-off X-ray luminosity favors a predominance of LMXBs with main-sequence donors instead of ultra-compact binaries with white-dwarf donors; ultra-compacts could contribute significantly only if their disks are not affected by X-ray irradiation. Our results suggest that current theories of magnetic stellar wind braking may work rather better for the unevolved companions of GC LMXBs than for field LMXBs and cataclysmic variables in the Galaxy, where these companions may be somewhat evolved.

研究の動機と目的

• 深宇宙X線観測を用いて、NGC 3379における球状星団（GC）および場所の低質量X線連星（LMXB）の光度分布を調査すること。
• すべてのLMXBが球状星団に起因するという仮説を、GCと場所のLMXBのX線光度関数（XLF）を比較することで検証すること。
• 観測された低光度GC LMXBの不足が、一時的行動、供給体の種別、または磁気的ブレーキ効果によって説明可能かどうかを特定すること。
• 光度関数のカットオフが、銀河内におけるLMXB形成および進化理論に与える影響を評価すること。

提案手法

• NGC 3379の337 ksの深宇宙Chandra ACIS-S3観測を実施し、Hubble WFPC2の光学データと併用して球状星団関連を特定した。
• Hubble/Chandraの共同視野を用いて、場所とGC LMXBの累積X線光度関数（XLF）を不完全性を補正しながら比較した。
• 検出の不完全性を克服するため、低光度放射の上限を推定するためにスタッキング解析を実施した。
• 現在の337 ksデータセットと以前の30 ks観測との間で、源数と光度分布を比較し、検出感度および源の進化を評価した。
• 検出されたGC LMXBの変動性を分析して、複数源の混合や恒久的高光度系の可能性を除外した。
• 熱的ディスク不安定性モデルおよび磁気的星風ブレーキ効果を含むLMXB進化の理論的モデルを評価し、観測されたXLFカットオフを解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 3379において、場所のLMXBと比較して球状星団内の低光度LMXBに顕著な不足が見られるか？
• RQ2 ~4×10³⁷ erg s⁻¹における観測された光度関数のカットオフは、恒久的から一時的行動への遷移を支持するか？
• RQ3 低光度GC LMXBの不足は、白色矮星供給体を有する超小形連星の優勢性によって説明可能か？
• RQ4 場所とGC LMXBのXLFの差異が、すべてのLMXBが球状星団で形成されるという仮説を否定するか？
• RQ5 磁気的星風ブレーキ効果は、球状星団LMXBの未発達主系列星供給体に対して、場所LMXBおよび銀河系の増幅的変動星の発達した供給体よりも効果的か？

主な発見

• 337 ksの深宇宙Chandra観測で9つのGC LMXBが検出されたが、全体のLMXB検出数が2.4倍に増加したにもかかわらず、関連付けられた数は9にとどまり、低光度域での顕著な不足が示された。
• ~4×10³⁷ erg s⁻¹における観測された光度関数のカットオフは、白色矮星供給体を有する超小形連星の優勢性を予測するモデルとは整合しない。
• 低光度GC LMXBの不足は、熱的ディスク不安定性モデルと一致しており、低光度域で恒久的から一時的状態への遷移が起こることを示唆する。
• 光度カットオフは、水素を豊富に含む主系列星供給体を有するLMXBを支持しており、これらの系ではディスク照射効果が最小限に抑えられていると考えられる。
• 結果から、すべての場所LMXBが球状星団から起因するという可能性は排除され、~4×10³⁷ erg s⁻¹未塔で場所とGC LMXBのXLFに顕著な差異があることが判明した。
• これらの発見は、磁気的星風ブレーキ効果が、球状星団LMXBの未発達主系列星同伴に対して、場所LMXBおよび銀河系の増幅的変動星の発達した同伴よりも効果的である可能性を示唆している。