[論文レビュー] Young pre-Low-Mass X-ray Binaries in propeller phase : Nature of the 6.7-hour periodic X-ray source 1E 161348-5055 in RCW 103

Harshal Bhadkamkar, Pranab Ghosh|Sep 1, 2009

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 31被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、若年の超新星残骸RCW 103に位置する6.7時間周期のX線源1E 161348-5055が、高速回転する中性子星を有する若年のプリ・低質量X線連星（pre-LMXB）であり、離心率の高い軌道における質量転移の軌道的モード化が観測された周期的X線放射を生じると提案している。モデルは、イリャリオンォフ＝スニャエフおよびロマノヴァ＝ローヴェイスクのプロペラトルク理論を用いて、光度曲線とスペクトル的性質を定量的に再現でき、特異な磁気星様の磁場を仮定する必要なく標準的な天体物理学的説明が可能である。

ABSTRACT

Discovery of the 6.7-hour periodicity in the X-ray source 1E 161348-5055 in RCW 103 has led to investigations of the nature of this periodicity. We explore a model for 1E 161348-5055, wherein a fast-spinning neutron star with a magnetic field $\sim 10^{12}$ G in a young pre-Low-Mass X-ray Binary (pre-LMXB) with an eccentric orbit of period 6.7 hr operates in the "propeller" phase. The 6.7-hr light curve of 1E 161348-5055 can be quantitatively accounted by a model of orbitally-modulated mass transfer through a viscous accretion disk and subsequent propeller emission (both Illarionov-Sunyaev type and Romanova-Lovelace et al type), and spectral and other properties are also in agreement. Formation and evolution of model systems are shown to be in accordance both with standard theories.

研究の動機と目的

• 1E 161348-5055における6.7時間周期のX線周期性が、若年で離心率の高いプリ・LMXB系における軌道的モード化によって説明可能かどうかを検討する。
• 観測された光度曲線およびスペクトル的性質が、標準的な中性子星磁場（約10^12 G）を仮定したプロペラモデルによって定量的に再現可能かどうかを検証する。
• 1E 161348-5055の最近の磁気星モデルとは対照的に、プリ・LMXBモデルが代替的妥当性を有するかどうかを評価する。
• ヘリウム星の超新星爆発によって形成される離心率の高い連星系の形成および潮汐的進化を、観測された系の年齢と環境と整合するように検討する。
• 本タイプの天体に対して、プリ・LMXBモデルと磁気星モデルを区別する観測的特徴を同定する。

提案手法

• 離心率の高い連星系における粘性のある降着円盤を通じた軌道的モード化された質量転移を用いて、6.7時間周期の光度曲線をモデリングする。
• 2種類の異なる理論的フレームワーク（イリャリオンォフ＝スニャエフおよびロマノヴァ＝ローヴェイスクらの理論）を用いて、中性子星の磁気圏による物質の噴出に起因するX線放射を模擬する。
• 若い連星系における離心軌道の潮汐的円形化時間スケールをシミュレートし、軌道的モード化の持続可能性を評価する。
• プロペラ段階における予測されたスペクトル的および輝度の進化を、1E 161348-5055の観測特性およびクーリア・X-1のようなソフトX線トランスジェントの静止状態と比較する。
• 共通エンvelope進化およびヘリウム星超新星のシナリオを含む、標準的な連星進化理論とモデルの整合性を評価する。
• 質量および角運動量損失がプリ・LMXBにおける軌道離心率の増幅に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1E 161348-5055における6.7時間周期のX線周期的変動は、高速回転の中性子星がプロペラ状態にある若く離心率の高いプリ・LMXB系における軌道的モード化によって説明可能か？
• RQ2 1E 161348-5055の観測されたスペクトル的および輝度的特性は、標準的な磁場（約10^12 G）を有するディスク駆動プロペラ放射モデルによって予測されるものと一致するか？
• RQ3 このような系の形成と進化は、共通エンベロープ進化およびヘリウム星超新星爆発を含む標準的な連星進化経路と整合するか？
• RQ4 プリ・LMXBモデルと最近提案された磁気星モデルの間で、観測的特徴にどのような差が生じるか？
• RQ5 超強磁場（約10^15 G）や特異な中性子星状態を仮定せず、1E型天体の観測特性を説明可能か？

主な発見

• イリャリオンォフ＝スニャエフおよびロマノヴァ＝ローヴェイスク型プロペラトルクモデルの両方を用いた解析により、1E 161348-5055の6.7時間周期の光度曲線が定量的に再現された。これにより、プロペラ機構の妥当性が裏付けられた。
• 1E 161348-5055のスペクトル的および輝度的性質は、クーリアX-1のようなソフトX線トランスジェントの低輝度／静止状態と一致しており、プロペラ段階系への類似性を支持する。
• モデルは、X線放射の軌道的モード化が、プリ・LMXBにおける離心軌道の期間にのみ発生すると予測しており、これは観測された周期性およびRCW 103の若年性（約2000年）と整合する。
• プリ・LMXBにおける離心軌道段階の寿命は約10^6～10^7年と推定され、100個のLMXBあたり約1個のこのような系が存在すると予想される人口比と一致しており、観測統計とも整合する。
• 質量および角運動量損失による離心率増幅効果を考慮しても、推定された質量転移率ではその影響はわずかであり、モデルは依然として妥当性を保つ。
• 本研究では、磁気星の存在を仮定する根拠となる明確な証拠は現在見つかっておらず、標準的なプリ・LMXB進化と標準的な磁場（約10^12 G）を仮定したモデルが、すべての観測的特徴を説明可能であると示唆している。