[論文レビュー] ULX-1 in NGC5907: how bright can an accreting pulsar shine?

G. L. Israel, A. Belfiore+21 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2016

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、NGC5907のULX-1が中性子星であることを特定し、その降着 luminosity が中性子星のEddington限界の1000倍以上に達していることを示している。2003年から2014年にかけて自転周期は1.43 sから1.13 sに減少しており、これは降着による自転加速を示している。標準的な降着モデルでは説明できない極めて高い luminosity であるが、強力な多極磁場がその理由であると示唆されており、他の極端なULXも中性子星を有している可能性がある。

ABSTRACT

Ultraluminous x-ray sources (ULXs) in nearby galaxies shine brighter than any X-ray source in our Galaxy. ULXs are usually modeled as stellar-mass black holes (BHs) accreting at very high rates or intermediate-mass BHs. We present observations showing that NGC5907 ULX is instead an x-ray accreting neutron star (NS) with a spin period evolving from 1.43~s in 2003 to 1.13~s in 2014. It has an isotropic peak luminosity of about 1000 times the Eddington limit for a NS at 17.1~Mpc. Standard accretion models fail to explain its luminosity, even assuming beamed emission, but a strong multipolar magnetic field can describe its properties. These findings suggest that other extreme ULXs (x-ray luminosity > 10^{41} erg/s) might harbor NSs.

研究の動機と目的

• NGC5907のULX-1の性質を特定すること、特にそれが中性子星かブラックホールかを特定すること。
• 中性子星のEddington限界をはるかに超える極めて高いX線輝度を実現するメカニズムを調査すること。
• 標準的な降着モデルが観測された輝度と自転周期の変化を説明できるかどうかを評価すること。
• 磁場が中性子星系における超Eddington輝度を可能にする役割を評価すること。
• 近傍銀河に存在する極端なULXの集団に与える意味を検討すること。

提案手法

• 2003年から2014年のX線観測データを分析し、ULX-1の自転周期の変化を追跡する。
• 距離モジュラスと17.1 Mpcにおける放射束測定値を用いて、等方的ピーク輝度を推定する。
• 中性子星の理論的Eddington限界と観測された輝度を比較する。
• ビーム効果を含めた標準的な降着モデルを評価し、その輝度を説明できるかを検討する。
• 強い多極磁場を仮定したモデル化により、観測された輝度と自転周期の変化を説明する。
• 得られた物理的制約に基づき、他の極端なULXに与える意味を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的な降着モデルは、NGC5907のULX-1の等方的X線輝度を説明できるか？
• RQ2 自転周期の変化と輝度に基づいて、ULX-1の性質は中性子星かブラックホールか？
• RQ3 ULX-1で観測された超Eddington輝度を説明するために、強い多極磁場が必要か？
• RQ4 ビーム効果だけですでに観測された輝度をどの程度説明できるか？
• RQ5 10^41 erg/s以上の輝度を示す他の極端なULXは、ブラックホールではなく中性子星を有している可能性があるか？

主な発見

• NGC5907のULX-1は、2003年の1.43 sから2014年の1.13 sにかけて自転周期が短縮されており、降着による自転加速を示している。
• この源は、中性子星のEddington限界のおよそ1000倍に達する等方的ピーク輝度に達している。
• ビーム効果を考慮しても、標準的な降着モデルはこの輝度を説明できない。
• 観測された輝度と自転周期の変化を説明するには、強い多極磁場が必要である。
• これらの結果は、10^41 erg/sを超える輝度を示す他の極端なULXも中性子星を有している可能性を示唆している。
• ULX-1は、特定の磁場条件下では中性子星が超Eddington降着を実現できることを示す証拠である。