[논문 리뷰] A Detailed Study of 2S 0114+650 with the RXTE

S. A. Farrell, R. K. Sood외 2명|2007. 10. 05.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 3인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 8.5년간의 RXTE 데이터를 활용하여 고질량 X선 이중성 2S 0114+650의 펄스, 궤도 및 수초궤도 시간스케일에서의 X선 변동성을 분석한다. 수초궤도 조절은 디스크 프리세션 또는 은폐가 아니라 질량 연속률의 변동에 기인하며, 수초궤도 최소기에서의 스펙트럼 경화 현상은 연속률 조절을 지지한다.

ABSTRACT

We present the results of a detailed study of the high mass X-ray binary 2S 0114+650 made with the pointed instruments onboard the Rossi X-ray Timing Explorer. The spectral and temporal behaviour of this source was examined over the pulse, orbital, and super-orbital timescales, covering $\sim$2 cycles of the 30.7 d super-orbital modulation. Marginal evidence for variability of the power law photon index over the pulse period was identified, similar to that observed from other X-ray pulsars. If this variability is real it can be attributed to a varying viewing geometry of the accretion region with the spin of the neutron star. Variability of the neutral hydrogen column density over the orbital period was observed, which we attribute to the line of sight motion of the neutron star through the dense circumstellar environment. A reduction in the power law photon index was observed during the orbital maximum, which we speculate is due to absorption effects as the neutron star passes behind a heavily absorbing region near the base of the supergiant companion's wind. No significant variability of the column density was observed over the super-orbital period, indicating that variable obscuration by a precessing warp in an accretion disc is not the mechanism behind the super-orbital modulation. In contrast, a significant increase in the power law photon index was observed during the super-orbital minimum. We conclude that the observed super-orbital modulation is tied to variability in the mass accretion rate due to some as yet unidentified mechanism.

연구 동기 및 목표

• 장기적인 RXTE 관측을 통해 2S 0114+650의 30.7일 수초궤도 조절의 기원을 조사하기 위해.
• 수초궤도 조절이 기울어진 연속 디스크의 은폐에 의해 유도되는지 여부를 규명하기 위해.
• 펄스, 궤도 및 수초궤도 시간스케일에서의 스펙트럼 및 시간적 변동성을 검토하여 연속 기하학 및 역학을 제약하기 위해.
• 이 시스템이 초저속 X선 펄서를 포함하고 있으며, 복잡한 연속 행동을 보일 것이라는 가설을 검증하기 위해.

제안 방법

• 30.7일 수초궤도 조절을 특성화하기 위해 8.5년간의 RXTE All-Sky Monitor (ASM) 데이터 분석.
• 3–50 keV 범위에서 흡수된 파wer-법칙 모델과 고에너지 지수적 감쇠를 사용하여 PCA 및 HEXTE 데이터의 스펙트럼 피팅.
• 스펙트럼 매개변수(광자 지수, 열역학적 밀도)를 궤도 및 수초궤도 위상과의 교차상관관계를 통해 변동성을 탐지.
• 선로의 투과도 흡수 및 시야각 기하학 변화를 포함한 모델과 관측된 열역학적 밀도 및 광자 지수 변동성을 비교.
• 펄스 프로파일 형태 및 단계별 스펙트럼 행동을 검토하여 중성자별의 자전과 연속 영역 기하학을 추론.
• 반사 특징 및 철선 방출을 검토하여 수초궤도 조절의 원인이 되는 변동 반사의 가능성을 배제.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2S 0114+650의 30.7일 수초궤도 조절은 기울어진 연속 디스크의 은폐로 인한 것인가?
• RQ2 X선 스펙트럼 지수는 펄스, 궤도 및 수초궤도 주기 동안 어떻게 변하는가?
• RQ3 관측된 궤도 조절은 순환성 환경을 통한 선로 운동에 기인한 것인가?
• RQ4 수초궤도 기간 동안 열역학적 밀도 변화가 없음을 고려할 때, 디스크 기울임이 수초궤도 조절의 기원이 될 수 없는가?
• RQ5 수초궤도 최소기 동안 관측된 스펙트럼 경화 현상을 유도하는 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 수초궤도 주기 동안 중성수소 열역학적 밀도에 유의미한 변동이 없어, 기울어진 디스크 은폐가 30.7일 조절의 원인일 수 없다고 배제한다.
• 수초궤도 최소기 동안 파워-법칙 광자 지수의 유의미한 증가가 관측되어 스펙트럼의 연약화를 나타낸다.
• 궤도 조절은 열역학적 밀도 및 광자 지수의 변동과 관련되어 있으며, 이는 중성자별이 초거대형 동반성의 밀도 높은 바람을 통과할 때 발생할 가능성이 높다.
• 광자 지수에서 펄스 주기의 변동성에 대한 약간의 증거는 연속 영역의 시야각 기하학 조절을 시사한다.
• 강한 철선 방출 또는 반사 특징이 관측되지 않아, 기울어진 디스크에 의한 변동 반사를 배제한다.
• 수초궤도 조절은 은폐 또는 반사의 원인이 아니라 알려지지 않은 메커니즘에 의해 발생하는 질량 연속률의 변동에 의해 가장 잘 설명된다.