[論文レビュー] Vela X-1 as seen by RXTE

I. Kreykenbohm, P. Kretschmar+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 1998

High-pressure geophysics and materials参考文献 2被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、X線パulsar Vela X-1のRXTE観測を提示し、5 keV未満で五ピーク構造を示す複雑なパルスプロファイルと強いパルス間変動を明らかにした。15 keVを超えると二重ピーク構造に移行する。最良のスペクトルフィットには滑らかな高エネルギー端末が要求され、著者らは約25 keVおよび約55 keVに基本モードおよび2次高調波のサイクロトロン吸収線を特定し、磁場強度が約5×10^12 Gであると示唆した。最も強い吸収線は主パルスと一致している。

ABSTRACT

We present results from four observations of the accreting X-ray pulsar Vela X-1 with RXTE in 1996 February. The light curves show strong pulse to pulse variations, while the average pulse profiles are quite stable, similar to previous results. Below 5keV the pulse profiles display a complex, 5-peaked structure with a transition to a simple, double peak above about 15keV. We analyze phase-averaged, phase-resolved, and on-pulse minus off-pulse spectra. The best spectral fits were obtained using continuum models with a smooth high-energy turnover. In contrast, the commonly used power law with exponential cutoff introduced artificial features in the fit residuals. Using a power law with a Fermi-Dirac cutoff modified by photoelectric absorption and an iron line, the best fit spectra are still unacceptable. We interpret large deviations around 25 and 55keV as fundamental and second harmonic cyclotron absorption lines. If this result holds true, the ratio of the line energies seems to be larger than 2. Phase resolved spectra show that the cyclotron lines are strongest on the main pulse while they are barely visible outside the pulses.

研究の動機と目的

• RXTE観測を用いて、降着するパルサーVela X-1のX線タイミングおよびスペクトル的性質を分析すること。
• 25–55 keV範囲のスペクトル的特徴の性質を特定し、その物理的起源を評価すること。
• エネルギー依存のパルスプロファイルの進化とその放射ジオメトリへの意味を調査すること。
• 標準的なスペクトルモデル（特に指数的カットオフを伴うパワーロウ）が、より物理的に妥当なモデルと比較して有効であるかを検証すること。
• 特にパルス位相にわたるサイクロトロン線の変調を含めた位相分解スペクトル行動を調査すること。

提案手法

• Vela X-1の4つのRXTE観測を分析し、光度曲線、パルスプロファイル、位相平均スペクトルを抽出した。
• 位相分解スペクトロスコピーを実施し、パルス位相を区間ごとに分割し、各位相ビンでスペクトルをフィットした。
• スペクトルフィットには、連続スペクトルと吸収特徴をモデル化するため、フェルミ・ディラックカットオフを伴うパワーロウ、光電吸収、鉄Kαラインを用いた。
• フィットの質は、特に25 keVおよび55 keV付近の残差を検討することで評価され、サイクロトロン吸収線を示す系のずれを特定した。
• 検出された特徴のエネルギー比を、基本モードと高調波の期待される2:1比と比較し、磁場強度を推定した。
• エネルギー帯域にわたるパルスプロファイルの進化を調査し、スペクトル硬化およびパルス形状の構造的変化を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Vela X-1の5 keV未満で観測される複雑な五ピークパルスプロファイル構造の原因は何か？
• RQ2 指数的カットオフを伴うパワーロウを用いたスペクトルフィットが人工的な残差を生じる理由は何か？より良い連続スペクトル記述モデルは何か？
• RQ3 約25 keVおよび約55 keVのスペクトル的特徴が、基本モードおよび2次高調波のサイクロトロン吸収線であると考えられるか？
• RQ4 サイクロトロン線の強度はパルス位相にどのように変化し、これは放射ジオメトリにどのような意味を持つのか？
• RQ5 観測されたサイクロトロン線エネルギー比に基づいて、Vela X-1の推定磁場強度は何か？

主な発見

• パルスプロファイルは5 keV未満で複雑な五ピーク構造を示し、15 keVを超えると二重ピーク構造に移行する。
• 指数的カットオフを伴うパワーロウを用いたスペクトルフィットは、人工的な残差を生じさせ、連続スペクトルの物理的記述が不十分であることを示している。
• 最良のフィットには滑らかな高エネルギー端末が必要であり、フェルミ・ディラックカットオフが最も適切であり、残差に不自然な特徴を生じさせない。
• 約25 keVおよび約55 keVのスペクトル的特徴は、基本モードおよび2次高調波のサイクロトロン吸収線と解釈され、エネルギー比は2より大きい。
• サイクロトロン線は主パルス中に最も強く、パルス外ではほとんど見えないため、位相依存の放射ジオメトリが示唆される。
• 推定磁場強度は約5×10^12 Gであり、観測された線エネルギー比と整合的である。