[論文レビュー] The ultraluminous X-ray source NGC 1313 X-2 - Its optical counterpart and environment

Fabien Grisé, M. W. Pakull+5 more|ArXiv.org|May 26, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 76被引用数 40

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡およびVLTの光度測定を用いて、超高光度X線源NGC 1313 X-2を再分析し、その光学的同等対象が20 Myrの低質量星団に属する青い星であることを特定した。著者らは、楕円的変調とは整合しない顕著な短時標的光学変動（約0.2 mag）を発見し、これは強力な降着円盤の寄与を示唆している。彼らは、過去の質量推定値がHST/ACSとジョンソン＝カウジンズの等時曲線を一貫して使用しなかったために高められていたと主張し、降着星の上限質量を12 M☉に再評価した。この結果は、中等質量ブラックホールではなく、恒星質量ブラックホールを支持するものである。

ABSTRACT

NGC 1313 X-2 is one of the brightest ultraluminous X-ray sources in the sky, at both X-ray and optical wavelengths; therefore, quite a few studies of available ESO VLT and HST data have appeared in the literature. Here, we present our analysis of VLT/FORS1 and HST/ACS photometric data, confirming the identification of the B ~ 23 mag blue optical counterpart. We show that the system is part of a poor cluster with an age of 20 Myr, leading to an upper mass limit of some 12 M_sun for the mass donor. We attribute the different results with respect to earlier studies to the use of isochrones in the F435W and F555W HST/ACS photometric system that appear to be incompatible with the corresponding Johnson B and V isochrones. The counterpart exhibits significant photometric variability of about 0.2 mag amplitude, both between the two HST observations and during the one month of monitoring with the VLT. This includes variability within one night and suggests that the light is dominated by the accretion disk in the system and not by the mass donor.

研究の動機と目的

• 高分解能光度測定を用いて、超高光度X線源NGC 1313 X-2の光学的同等対象および星団環境を再評価すること。
• 特に異なる光度測定系の使用に関する点で、システム内の降着星の年齢および質量推定値に生じた不一致を解消すること。
• 同等対象における光学的変動の原因を調査し、それが降着円盤に起因するのか、それとも降着星自体に起因するのかを特定すること。
• 降着星の周囲環境および星団パラメータをもとに、NGC 1313 X-2が中等質量ブラックホールを有するのか、あるいは恒星質量ブラックホールを有するのかを評価すること。
• 若い星団における年齢および質量推定に、HST/ACSおよびジョンソン＝カウジンズの等時曲線の信頼性を評価すること。

提案手法

• Hubble Space Telescope/Advanced Camera for Surveys (HST/ACS) を用いて、F435W、F555W、F814Wフィルタでの光度測定データを取得および分析した。
• 1か月間のモニタリング期間中に、Very Large Telescope/Focal Reducer and Low Dispersion Spectrograph 1 (VLT/FORS1) から光学的光度測定を収集・処理した。
• 観測された色-等級図（F555W 対 F555W–F814W および F435W 対 F435W–F555W）を、HST/ACS VEGAMAGおよびジョンソン＝カウジンズ系の両方のPadua等時曲線と比較した。
• Sirianni et al. (2005) の変換式を用いて、HST/ACSのマグニチュードをジョンソン＝カウジンズ系に変換し、両者の比較を実施した。
• 複数回のHSTおよびVLT観測におけるフラックスレベルを比較することで、光学的変動の有意性を評価した。これには、夜間モニタリングも含まれた。
• 光度測定および等時曲線フィッティングの結果から、周囲の若い星団の全星質量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1313 X-2の光学的同等対象の真の年齢および質量は何か？ また、異なる光度測定系がこれらの推定値に与える影響は何か？
• RQ2 観測された短時標的光学変動（数時間から数日間のスケールで約0.2 mag）の原因は何か？ これは降着円盤由来か、それとも降着星由来か？
• RQ3 過去の研究では、本研究よりも高い降着星質量が報告されているが、その差異は異なる光度測定系における等時曲線の不一致に起因しているのか？
• RQ4 NGC 1313 X-2はスーパースタークラスタに宿っているのか？ その環境は、そのコンパクト天体の形成メカニズムに何を示唆するか？
• RQ5 観測された光学的変動が、周期的信号（例：楕円的変調）を隠してしまう可能性はあり、その場合、光度測定による二重星の軌道周期の検出にはどのような影響を及えるか？

主な発見

• NGC 1313 X-2の光学的同等対象は、B型星であり、明るさはB ~ 23 mag である。この星は約20 Myrの年齢の若い星団に位置している。
• このシステムは、全質量が10⁴ M☉未満の貧弱な星団に埋め込まれており、スーパースタークラスタでのランラントコalescenceによる形成は排除される。
• 降着星の質量は12 M☉未満に制限され、これはより信頼性の高いジョンソン＝カウジンズの等時曲線を用いた結果である。
• 光学的光曲線は、数時間から数日のスケールで最大0.2 magの顕著な変動を示し、周期性は検出されない。これは、光学的放射が降着円盤に支配されていることを示唆する。
• 本研究と過去の研究（例：Liu et al. 2007）との間で年齢および質量推定値に差異が生じたのは、HST/ACSとジョンソン＝カウジンズの等時曲線を一貫して使用しなかったことに起因し、Sirianni et al. (2005) の方程式による変換を経たジョンソン＝カウジンズ系の等時曲線が、より信頼性が高いと判明した。
• 観測された変動および周期性の欠如は、光学的光がランダムな円盤放射またはX線再放射に支配されていることを示唆しており、楕円的変調とは異なる。このため、光度測定による軌道周期の検出は困難である。