[論文レビュー] The longest thermonuclear X-ray burst ever observed? (A BeppoSAX Wide Field Camera observation of 4U 1735-44)

R. Cornelisse, J. Heise+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、BeppoSAXのワイドフィールドカメラを用いて、中性子星連星4U 1735-44で86分間の熱核X線爆発を検出したことについて報告している。これは、これまでに観測された中で最も長い同種の爆発である。爆発は滑らかな指数的減衰を示し、黒体スペクトルフィッティングおよび冷却挙動がタイプI爆発と整合的であるが、観測された降着レートにおける理論的予測とは対照的に、より短く頻繁な爆発が予想される現状のモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

A long flux enhancement, with an exponential decay time of 86 min, is detected in 4U 1735-44 with the BeppoSAX Wide Field Cameras. We argue that this is a type-I X-ray burst, making it the longest such burst ever observed. Current theories for thermonuclear bursts predict shorter and more frequent bursts for the observed persistent accretion rate.

研究の動機と目的

• 4U 1735-44における異常に長いX線輝度増加の性質を調査すること。
• その前例のない継続時間から、これがタイプI熱核X線爆発であるかどうかを特定すること。
• 爆発の継続時間とエネルギー的特性が、中性子星降着と爆発着火に関する現在の理論的モデルと整合するかどうかを評価すること。
• 9日間の観測期間中に通常の爆発が観測されなかったことと、この1回の長時間爆発の発生との関連性を解明すること。

提案手法

• 1996年8月21日から30日までの9日間の観測期間中にBeppoSAXワイドフィールドカメラ（WFC）から得られたX線光曲線の分析。
• 符号化アパーチャー検出器データからスカイ画像を再構成するための相互相関アルゴリズムの使用により、源の局在化と輝度測定が可能になった。
• 温度の時間的変化と放射領域の推定を目的として、爆発のスペクトルフィッティングに黒体モデルを適用。
• 継続時間とエネルギー放出を定量化するため、爆発のフルエンスとピーク輝度比（E_b / F_max）を計算。
• 既知のタイプI爆発の特徴および理論的予測と比較して、爆発の減衰時間、スペクトル的進化および全光度を評価。
• 輝度挙動とエネルギー予算に基づき、降着フレア、タイプII爆発、質量降着イベントなどの代替説明を検討。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4U 1735-44における86分間の輝度増加は、タイプI熱核X線爆発と整合的か？
• RQ2 なぜこの爆発は、4U 1735-44や他の源でこれまでに観測されたあらゆるタイプI爆発よりも著しく長時間にわたるのか？
• RQ3 観測された降着レートにおける理論的予測と比較して、この爆発の継続時間とエネルギー出力はどのように異なるか？
• RQ4 なぜ、この源が通常は爆発的活動を示すにもかかわらず、9日間の観測期間中に通常の短時間爆発が観測されなかったのか？
• RQ5 どのような物理的条件が、この降着レートで理論的に予想されるより短く頻繁な爆発とは対照的に、86分間も続く爆発を可能にするのか？

主な発見

• 4U 1735-44における輝度増加は、86分間の滑らかな指数的減衰を示し、これはタイプIX線爆発においてこれまでに観測された中で最も長い期間である。
• 爆発のスペクトルは黒体モデルで良好にフィットし、減衰過程を通じて一貫して低下する特徴的な温度が観測され、熱核的起源を裏付けた。
• フルエンスとピーク輝度比（E_b / F_max）は3400秒を超え、4U 1735-44の過去の記録を300倍以上上回り、あらゆる源で観測された最長の爆発よりも6倍も長い。
• 爆発の全フルエンスは、通常のタイプI爆発と比較して数個のオーダーも大きいが、ピーク輝度は通常の爆発と同等であるため、エネルギー放出が長時間にわたり持続していることが示された。
• 9日間の観測期間中に通常の短時間爆発が観測されなかったこと、一方で恒常的な全光度が過去の観測と一致していることから、この長時間爆発の発生と関連がある可能性が示唆された。
• 理論的モデルは、観測された降着レート2.3×10¹⁷ g s⁻¹における爆発の継続時間を説明できず、これは長時間爆発の閾値（0.01 M_Edd）をはるかに上回っている。したがって、爆発着火の物理的メカニズムの見直しが必要である。