[論文レビュー] Understanding the LMXB X2127+119 in M15 I. X-ray eclipses and dips

Z. Ioannou, T. Naylor+3 more|ArXiv.org|Nov 13, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 20被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、RXTE、ASCA、再処理済みGINGGAデータを用いて、M15の高傾斜角低質量X線連星X2127+119におけるX線食と食い込みを分析し、光度曲線とスペクトル的挙動を説明するため、約0.8RL1まで延びる大規模で光学的に厚い降着円盤コロナ（ADC）の存在を提案する。主な発見は、システムの高傾斜角と複雑なX線変動は、厚いコロナ内に隠された中性子星によって最もよく説明され、新たに発見された近傍のX線源（M15 X-2）による汚染が、以前のスペクトル的異常を説明できる可能性がある。

ABSTRACT

We present X-ray observations of the high-inclination low-mass X-ray binary system X2127+119 (AC211) in the globular cluster M15 (NGC 7078). The observations consist of data acquired in 1996 with the RXTE satellite and in 1995 with the ASCA satellite. Also, the MPC1 data from the 1988 GINGA observations were de-archived and re-analysed. The phase-folded 2-10 keV hardness ratios from all three missions differ significantly indicating that the system can exhibit different spectral behaviours. We find that the X-ray eclipse profiles can be described relatively well using a simple model where the secondary star passes in front of a large X-ray emitting region. For this we require a mass ratio (q=M1/M2) of about one. The radius of this X-ray emitting region is ~0.8 RL1 and its vertical extent 60 degrees above the orbital plane. We suggest that if this X-ray emitting region were an optically thick corona, it would explain various puzzling aspects of this system. We also show that the X-ray dip observed at phases around 0.65 does not conform with the idea that the dip is caused by vertically extended material associated with the stream/disc impact region, but that it could be due to structure in the inner parts of the disc.

研究の動機と目的

• X2127+119の複雑なX線光度曲線、特に食と食い込みの理解を深めること。
• RXTE、ASCA、GINGGAの異なるミッション間で観測されたスペクトル的挙動の不一致（特に硬さ比とスペクトル特徴の違い）を解明すること。
• X線放射領域の性質を調査し、中性子星が可視であるか、遮蔽されているかを特定すること。特に1988年のX線爆発観測の観点から検討する。
• X線食い込みが降着円盤の構造か、ストリーム-円盤衝突領域からの物質によるものかを検証し、標準モデルに疑問を呈すること。
• Chandraによって発見された新たなX線源（M15 X-2）が、X2127+119のX線的性質の解釈に与える影響を評価すること。

提案手法

• RXTEおよびASCA観測データから位相平均光度曲線を構築し、GINGGA MPC1データを再分析して、異なるミッション間でのスペクトル的挙動を比較した。
• X線食のプロファイルは、二次星が大規模なX線放射領域を食うシンプルな幾何学的モデルでモデル化した。この場合、質量比q ≈ 1を要する。
• X線放射領域の半径は約0.8RL1、その垂直拡張は軌道面から約60°と制約された。
• エネルギー依存の変動を解析するため、位相分解X線分光法を実施した。これには硬さ比と吸収特徴が含まれる。
• スペクトルモデリングには光電気的吸収成分を含め、ブラックボディ成分の有無を検証した。特に1988年のGINGGAバーストデータに注目した。
• 新たな可能性として、Chandraによって発見された第二のX線源（M15 X-2）による汚染が、スペクトル的異常および中性子星の見かけ上の不可視性を説明できる可能性を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X2127+119で観測された位相約0.65におけるX線食い込みの原因は何か？ また、なぜ標準モデルであるストリーム-円盤衝突物質による垂直に延びた物質では説明できないのか？
• RQ2 なぜRXTE、ASCA、GINGGAの観測で得られた硬さ比に顕著な差が生じるのか？ これは、システムの状態変化を示唆している。
• RQ3 X2127+119の中性子星は可視であるか、それとも厚いコロナまたは外部からの汚染によって遮蔽されているのか？
• RQ4 X線食のプロファイルは、単一の大規模なX線放射領域によって説明可能か？ その物理的寸法は何か？
• RQ5 第二のX線源（M15 X-2）の存在が、X2127+119のX線光度曲線およびスペクトル的性質の解釈にどのように影響を与えるか？

主な発見

• X線食のプロファイルは、半径が約0.8RL1、軌道面からの垂直拡張が約60°の大きなX線放射領域によって最もよく説明される。この場合、質量比q ≈ 1を要する。
• システムは、長い公軌道周期と大規模な降着円盤コロナ（ADC）を維持する必要があることから、高い固有の質量移動率を示している。
• 位相約0.65におけるX線食い込みは、ストリーム-円盤衝突領域からの垂直に延びた物質では説明できない。これは、内側の円盤内に構造的特徴が存在することを示唆する。
• 主食中におけるスペクトルには、強い調制された光電気的吸収と、2–4 keV付近に見られる標準モデルではよく説明できない「盛り上がり」と「谷」が観測された。
• 強いブラックボディ成分が欠落しており、高速の準周期的振動（QPO）も観測されないため、中性子星は視認不能であり、光学的に厚いコロナによる遮蔽の可能性がある。
• ChandraによるM15 X-2の発見は、この源からの汚染がX2127+119のスペクトル的異常および中性子星の見かけ上の不可視性を説明できる可能性を示唆している。