[論文レビュー] The X-ray Properties of Cataclysmic Variables

Ş. Balman|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、高分解能X線分光法および時間分析を用いて、中間的磁気双星（IPs）、矮新星（DN）、および古典的・再発性新星のX線的性質をレビューする。多温度プラズマ放射、サイクロトロン冷却、新星噴出時のイオン化吸収体が、降着物理学、衝撃構造、風のダイナミクスを明らかにし、主な発見として1085–3445 km s⁻¹のドップラー補正された吸収体と、新星におけるN/O/Cの増強された元素比が得られた。

ABSTRACT

Cataclysmic Variables (CVs) are a distinct class of X-ray binaries transferring mass from a donor star to a compact star accretor, a white dwarf. They constitute a laboratory for accretion physics, mechanisms and disk theory together with dynamics of outflows and interaction with surrounding medium. Our understanding of the X-ray emission from CVs has shown substantial improvement in the last decade with the instruments on board present X-ray telescopes. We have a better understanding of the boundary layers and the accretion shocks using high sensitivity instruments and/or grating X-ray spectroscopy attaining high spectral resolution yielding temperature and velocity diagnostics. In addition, high time resolution utilizes accretion mode diagnostics with characterization of the variability of the gas flow in discs. Here, I briefly review the X-ray properties of CVs with a highlight on Intermediate Polars, Dwarf Novae and Classical/Recurrent Novae.

研究の動機と目的

• Cataclysmic Variables（CVs）におけるX線放射メカニズム、特に中間的磁気双星（IPs）、矮新星（DN）、古典的・再発性新星の理解を図ること。
• 降着衝撃、境界層、およびディスクの遮断がX線スペクトルおよび変動をどのように決定づけるかを調査すること。
• 光電離および衝突電離吸収体モデルを用いて、新星噴出時の複雑な吸収成分をモデル化すること。
• 温度、密度、速度、イオン化状態を含む降着流の物理的状態を特徴づけること。
• X線の変動および時間的特徴（例：軌道周期調制、サイドバンド）が降着モードおよびディスクダイナミクスとどのように関連するかを明らかにすること。

提案手法

• XMM-Newton、RXTE、Suzakuからの高スペクトル分解能X線分光法を用いて、放射線線および連続スペクトル成分を分析した。
• SPEXソフトウェアを用いて、光電離温暖吸収体および衝突電離高温吸収体モデルを用いてイオン化吸収体をモデル化した。
• X線およびUV光曲線の相互相関分析により、DNシステムにおける時間遅れおよび放射線照射効果を特定した。
• パワースペクトル密度を用いて、スピン周波数（w）、軌道周波数（Ω）、およびサイドバンド周波数（例：w - Ω）のピークを診断し、降着モードを特定した。
• 新星（V2491 Cyg、V4743 Sgr）のRGSスペクトルを複雑な吸収モデルでフィットし、速度シフトおよび吸収体密度を導出した。
• ブラックボディ温度とNLTE大気モデルを比較して、光球温度およびイオン化状態を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IPsにおけるX線放射成分（例：ブラックボディ、ブレムストラールャンギング、Fe Kα線）は、降着衝撃物理学および磁場強度とどのように関連するか？
• RQ2 ポラーズおよびIPsにおけるソフトX線過剰とハードX線尾を引き起こす要因は何か。また、サイクロトロン冷却および磁場強度とどのように関連するか？
• RQ3 中間的磁気双星における軌道周期調制の原因は何か。また、降着流の衝突領域における吸収とどのように関連するか？
• RQ4 新星噴出時のイオン化吸収体がX線スペクトルに与える影響は何か。また、その速度シフトおよび吸収体密度は、風／噴出物のダイナミクスをどのように明らかにするか？
• RQ5 矮新星におけるX線およびUV光曲線に時間遅れが見られる程度はどの程度か。また、それは放射線照射およびディスクの遮断とどのように関連するか？

主な発見

• 中間的磁気双星（IPs）は、200 keVに達する硬X線放射を示し、多温度プラズマおよびFe Kα線（等価幅最大300 eV）を示しており、複雑な衝撃および反射プロセスを示している。
• IPsに観測されるソフトX線ブラックボディ成分（kT = 30–100 eV）は、加熱された白色矮星表面由来であり、63%のIPsでこの特徴が確認された。
• ポラーズでは、連続的および線形偏光が二重周期で変動し、ソフトX線成分（kT ≈ 10–30 eV）がブロブ状の降着および白色矮星加熱に起因している。
• 新星におけるブルーシフト吸収体は1085–3445 km s⁻¹で測定され、新星風／噴出物の速度と整合的であり、V2491 Cygでは衝突電離および光電離吸収体両方のフィットが可能であった。
• V2491 Cygでは、N/C/Oの元素比がそれぞれ14–36、2×太陽、2×太陽であり、V4743 SgrではCの欠乏（0.004–0.2×太陽）とN/O比の増加（12–53×、24–53×太陽）が観測され、これはH燃焼生成物を示している。
• イオン化吸収体の水素吸収体密度は、V2491 Cygで(8.0–0.3)×10²² cm⁻²、V4743 Sgrで(3.6–7.0)×10²³ cm⁻²であり、V4743 Sgrでは光電離モデルがより良好なフィットを示した。