[논문 리뷰] Correlated X-ray Spectral and Timing Behavior of the Black Hole Candidate XTE J1550-564

J. Homan, R. Wijnands외 6명|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 블랙홀 행동의 이차원 상태공간을 드러내기 위해 RXTE 데이터를 분석하여 XTE J1550-564의 스펙트럼 및 타이밍 특성—특히 QPOs—가 색상-색상 다이어그램에서 콤 모양과 유사한 상태와 상관관계를 가짐을 규명한다. 부드러운 상태는 빗자루의 빗자루 뼈대를 형성하고, 딱딱한 상태는 이를 빗자루의 이가 되며, QPO 주파수와 스펙트럼 경도가 함께 변동함으로써, 질량 합착률과 컴프턴화 영역 크기가 독립적인 제어 매개변수임을 시사한다.

ABSTRACT

We present an analysis of data of the black hole X-ray transient XTE J1550-564, taken with RXTE between 1998 Nov 22 and 1999 May 20. The source went through several different states, which were divided into soft and hard states, based on the relative strength of the high energy power law tail. The states showed up as distinct branches in the color-color diagram, connecting to form a structure with a comb-like topology, the branch corresponding to the soft state forming the spine and the branches corresponding to the various hard states forming the teeth of the comb. The power spectral properties of each branch were correlated with their spectral properties. Three types of QPOs were found: 1-18 Hz and 100-285 Hz QPOs on the hard branches, and 15-18 Hz QPOs on and near the soft branch. The frequency of the high and low frequency QPOs on the hard branches were correlated with each other, and with spectral hardness. The behavior of the XTE J1550-564 strongly favors a two-dimensional description of black hole behavior, where the canonical soft high state is identified with regions near the spine of the comb in the color-color diagram and the canonical very high, intermediate, and low states with its teeth. The difference between the various hard states is associated with the flux of the blackbody component. The two parameters underlying this two-dimensional behavior, vary to a large extent independently, and could for example be the accretion rate through the disk and the size of the Comptonizing region causing the hard tail. We discuss how this picture could tie in with the canonical, one-dimensional behavior of black hole candidates that has usually been observed.

연구 동기 및 목표

• 블랙홀 후보자 XTE J1550-564에서 스펙트럼 및 타이밍 행동 간의 상관관계를 조사하기 위해.
• 색상-색상 다이어그램을 사용하여 소스의 진화에서 명확한 상태를 식별하기 위해.
• 다양한 상태에서 준주기 진동(QPOs)이 스펙트럼 경도와 광도와 어떻게 관련되어 있는지 규명하기 위해.
• 기존의 일차원 상태 진화 모델을 도전하고, 이차원 프레임워크를 제안하기 위해.

제안 방법

• 1998년 11월부터 1999년 5월까지 수집된 RXTE 데이터를 분석하였다.
• 고에너지 파wer-레인지 꼬리의 상대적 강도에 기반하여 소스 상태를 부드러운 상태와 딱딱한 상태로 분류하였다.
• 상태를 색상-색상 다이어그램에 매핑하여, 부드러운 상태 뼈대와 딱딱한 상태 이가 있는 콩 모양의 위상도를 드러내었다.
• 세 가지 유형의 QPOs를 식별하고 특성화하였다: 딱딱한 브랜치에서는 1–18 Hz 및 100–285 Hz의 QPOs, 부드러운 브랜치에서는 15–18 Hz의 QPOs.
• QPO 주파수, 스펙트럼 경도, 블랙바디 성분의 광도 간의 상관관계를 조사하였다.
• 질량 합착률과 컴프턴화 영역 크기가 독립적으로 상태 전이를 지배하는 이차원 모델을 제안하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XTE J1550-564의 다양한 상태에서 QPO 주파수는 스펙트럼 경도와 어떻게 상관관계를 가지는가?
• RQ2 블랙바디 성분의 광도와 관측된 딱딱한 상태 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ3 왜 다른 딱딱한 상태들이 색상-색상 다이어그램에서 서로 다른 브랜치를 형성하는가?
• RQ4 색상-색상 다이어그램에서 관측된 콩 모양의 구조는 어떤 물리적 매개변수를 반영하는가?
• RQ5 기존의 일차원 상태 진화 모델은 이차원 기술로 확장될 수 있는가?

주요 결과

• XTE J1550-564의 색상-색상 다이어그램은 부드러운 상태가 뼈대를 형성하고 딱딱한 상태가 이가 되는 콩 모양의 위상도를 보인다.
• 딱딱한 브랜치에서는 1–18 Hz 및 100–285 Hz의 QPOs가 관측되었고, 부드러운 브랜치에서는 15–18 Hz의 QPOs가 나타났다.
• 딱딱한 브랜치에서의 고주파수 및 저주파수 QPO 주파수는 상호 상관관계가 있으며, 스펙트럼 경도와도 상관관계를 가진다.
• 딱딱한 상태 간의 차이는 주로 블랙바디 성분의 광도와 관련이 있다.
• 이차원 상태공간은 질량 합착률과 컴프턴화 영역 크기라는 두 가지 독립적인 매개변수로 가장 잘 기술된다.
• 관측된 행동은 기존의 일차원 상태 진화 모델보다 이차원 모델을 지지하며, 부드러운 상태는 뼈대 근처에, 딱딱한 상태는 이가에 해당한다.