[논문 리뷰] Detection of a cyclotron line and its second harmonic in 4U1907+09

G. Cusumano, T. Di Salvo외 5명|ArXiv.org|1998. 09. 14.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 BeppoSAX를 통해 관측한 고질량 X선 이중성 4U1907+09의 X선 스펙트럼에서 약 19 keV에서 사이클로트론 흡수선과 그 제2 고조파인 약 39 keV에서의 흡수선을 검출했다. 중력적 적색편이를 보정한 측정된 사이클로트론 에너지는 표면 자기장 강도 2.1 × 10¹² G를 암시하며, 이는 이러한 시스템의 일반적인 값과 일치한다. 또한 약 6.4 keV에서 등가 폭 약 60 eV인 철 에너지선도 확인되었다.

ABSTRACT

We report the detection of a cyclotron absorption line and its second harmonic in the average spectrum of the high mass X-ray binary 4U1907+09 observed by the BeppoSAX satellite on 1997 September 27 and 28. The broad band spectral capability of BeppoSAX allowed a good determination of the continuum against which the two absorption features are evident at ~ 19 and ~ 39 keV. Correcting for the gravitational redshift of a ~ 1.4 solar mass neutron star, the inferred surface magnetic field strength is B = 2.1 10E12 G that is typical for this kind of systems. We also detected an iron emission line at ~ 6.4 keV, with an equivalent width of ~ 60 eV.

연구 동기 및 목표

• 고질량 X선 이중성 4U1907+09의 X선 스펙트럼에서 사이클로트론 흡수 특징을 식별하고 특성화하는 것.
• 사이클로트론 선 에너지 측정을 통해 4U1907+09의 중성자별 표면 자기장 강도를 결정하는 것.
• 소스의 X선 스펙트럼에서 철 에너지선의 존재 및 특성에 대해 조사하는 것.
• 고질량 X선 이중성 내 중성자별의 낙착 물리학과 자기장 구조에 대한 이해를 향상시키는 것.

제안 방법

• 1997년 9월 27일~28일 동안 BeppoSAX를 통해 확보한 4U1907+09의 평균 X선 스펙트럼 분석.
• 기본 연속스펙트럼을 정확히 모델링하고 흡수 특징을 분리하기 위해 BeppoSAX의 넓은 대역 스펙트럼 응답을 활용.
• 흡수선의 에너지를 결정하기 위해 사이클로트론 흡수선과 그 제2 고조파를 포함하는 모델로 스펙트럼을 피팅.
• 중성자별 질량 약 1.4 태양질량을 사용하여 중력적 적색편이 보정을 적용하여 진정된 사이클로트론 에너지를 유추.
• ~6.4 keV에서 철 Kα 에너지선을 모델링하기 위해 추가로 가우시안 성분을 통합.
• 철 선의 등가 폭을 정량화하고 스펙트럼 피팅에서의 유의미성을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4U1907+09의 X선 스펙트럼에 존재하는 사이클로트론 흡수 특징은 무엇이며, 이들은 고조파적으로 관련되어 있는가?
• RQ2 중력적 적색편이를 보정한 후 사이클로트론 선의 진정된 에너지는 무엇인가?
• RQ3 사이클로트론 선 에너지를 기반으로 4U1907+09의 중성자별 표면 자기장 강도는 어떻게 유추되는가?
• RQ4 스펙트럼에 철 Kα 에너지선의 증거가 있는가? 그리고 그 등가 폭은 얼마인가?
• RQ5 관측된 스펙트럼 특징은 고질량 X선 이중성 내 낙착 중성자별에 대한 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 4U1907+09의 평균 X선 스펙트럼에서 약 19 keV에서 사이클로트론 흡수선이 검출되었다.
• 제2 고조파 흡수 특징이 약 39 keV에서 확인되어 사이클로트론 선의 고조파적 관계가 확인되었다.
• ~1.4 태양질량의 중성자별에 대한 중력적 적색편이 보정을 거친 후, 진정된 사이클로트론 에너지는 표면 자기장 강도 2.1 × 10¹² G에 해당한다.
• ~6.4 keV에서 등가 폭 약 60 eV인 철 Kα 에너지선이 검출되었다.
• 이러한 스펙트럼 특징은 강한 자기장을 가진 다른 고질량 X선 이중성에서 관측된 특징과 일치한다.
• BeppoSAX의 넓은 대역 감도 덕분에 연속스펙트럼과 흡수 특징 모두에 대해 신뢰할 수 있는 결정이 가능했다.