[논문 리뷰] Dipping -versus Flaring in Z-track sources: resolving the controversy

M. Bałucińska‐Church, M. J. Church외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 06.

Oil, Gas, and Environmental Issues인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 Z-트랙 소스에서의 담그기(dipping)와 번쩍임(flaring) 간 오랫동안 지속된 혼동을 해결하며, 천왕성 X-2에서의 밀도 감소가 외부 디스크 내 광전자 흡수 때문이지 번쩍임 때문이 아니라는 것을 보여준다. 다파장 데이터의 스펙트럼 분석은 천왕성 X-2의 번쩍임 분지가 실제로는 질량 순환률 증가가 아니라 흡수 사건 때문임을 밝혀내며, 이는 이전에 Z-트랙의 일관된 $\.dot{M}$ 증가와 천왕성 유사 소스에서의 고기울기 기하학적 차이에 대한 가정을 무효화한다.

ABSTRACT

We review the longterm confusion which has existed over the nature of flaring in the brightest class of low mass X-ray binary: the Z-track sources, specifically in the Cygnus X-2 sub-group. Intensity reductions in the lightcurve produce a branch in colour -colour diagrams similar to that of real flares in the Sco X-1 like group, and the nature of this branch was not clear. However, based on observations of Cygnus X-2 in which this dipping/flaring occurred it was proposed that the mass accretion rate in Z-track sources in general increases monotonically along the Z-track towards the Flaring Branch, a standard assumption widely held. It was also suggested that the Cygnus X-2 group have high inclination. Based on recent multi-wavelength observations of Cygnus X-2 we resolve these issues, showing by spectral analysis that the Dipping Branch consists of absorption events in the outer disk, unrelated to the occasional real flaring in the source. Thus motivation for Mdot increasing along the Z from Horizontal - Normal to Flaring Branch is removed, as is the idea that high inclination distinguishes the Cygnus X-2 group. Finally, the observations provide further evidence for the extended nature of the Accretion Disk Corona (ADC), and the correct modelling of the ADC Comptonized emission is crucial to the interpretation of low mass X-ray binary data.

연구 동기 및 목표

• Z-트랙 소스, 특히 천왕성 X-2 군집에서 X선 담그기와 번쩍임 간 오랫동안 지속된 혼동을 해결하는 것.
• 천왕성 X-2의 번쩍임 분지가 실제 번쩍임 때문인지, 흡수 사건 때문인지 확인하는 것.
• Z-트랙을 따라 수평 분지에서 번쩍임 분지로 갈수록 질량 순환률 ($\dot{M}$)이 단조롭게 증가한다는 널리 퍼진 가정을 시험하는 것.
• 고기울기 기하학이 천왕성 유사 소스와 스코 유사 Z-트랙 소스를 구분하는 데 기여하는지 평가하는 것.
• 스펙트럼 피팅을 통해 확장된 질량 순환 디스크 코로나(ADC)의 물리적 성질을 조사하는 것.

제안 방법

• RXTE, XMM-Newton, Chandra 기구를 사용해 2009년 다파장 캠페인 기간 동안 천왕성 X-2의 X선 데이터를 체계적으로 스펙트럼 피팅하였다.
• 부분 커버링 흡수 모델을 적용하여 담그기 사건을 피팅하고, 커버링 분율과 광학 두께의 변화를 분석하였다.
• RXTE의 역사적 데이터에서 경도-강도도 및 색상-색상도를 분석하여 담그기와 관련된 강도 감소를 식별하였다.
• 정상, 수평, 번쩍임 분지 및 네 번째 담그기 유사 분지에서 스펙트럼 매개변수(흑체 온도 $kT$, 반지름 $R_{\rm BB}$, ADC 빛의 세기)를 비교하였다.
• 그레팅 스펙트로미터(RGS, HETGS)를 사용해 광학 두께 증가 없이 연속 스펙트럼 감소를 관측함으로써, 흡수에 의한 변화임을 확인하였다.
• 담그기 유입 동안 콘프턴화된 복사가 점진적으로 제거되는 방식을 모델링함으로써 ADC의 확장된 성질을 평가하였다. 이는 공간적으로 확장된 코로나와 일치한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 천왕성 X-2의 번쩍임 분지에서 관측된 강도 감소는 실제 번쩍임 때문인지, 흡수 사건 때문인지?
• RQ2 Z-트랙을 따라 수평 분지에서 번쩍임 분지로 갈수록 질량 순환률 ($\dot{M}$)이 단조롭게 증가하는가?
• RQ3 천왕성 X-2 군집이 고기울기 기하학으로 스코 유사 Z-트랙 소스와 구분되는가?
• RQ4 GX 5-1과 GX 340+0과 같은 일부 Z-트랙 소스에서 관측되는, 번쩍임 분지에서 강도 감소를 보이는 네 번째 분지의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ5 담그기 사건의 행동은 질량 순환 디스크 코로나(ADC)의 공간적 확장을 어떻게 드러내는가?

주요 결과

• 천왕성 X-2의 번쩍임 분지는 번쩍임 때문이 아니라 외부 디스크 내 광전자 흡수 때문이며, 담그기 동안 ADC의 약 40%가 콘프턴화된 복사가 가려진다.
• 스펙트럼 매개변수인 $kT$와 $R_{\rm BB}$는 번쩍임 분지에서 네 번째 담그기 유사 분지로의 전이 시에 불연속성이 없으며, 이는 중성자별이나 내부 디스크에 물리적 변화가 없음을 시사한다.
• 네 번째 분지에서 ADC 콘프턴화된 복사의 빛의 세기는 질량 순환률 ($\dot{M}$)의 연속적인 감소와 일치하며, 흡수와 관련된 변화는 아니다.
• GX 5-1과 GX 340+0의 네 번째 분지는 스펙트럼 피팅을 통해 흡수와 무관함을 확인하였으며, 스펙트럼 매개변수나 광학 두께에 변화가 없었다.
• 담그기 유입 동안 콘프턴화된 복사의 점진적 제거 방식은 부분 커버링 흡수 모델에서 커버링 분율 증가로 가장 잘 모델링되며, 이는 확장된 콘프턴화 영역을 강력히 뒷받침한다.
• ADC가 작은, 압축된 점원천(≤1000 km 이내)이라는 가정은 더 이상 타당하지 않다. 관측된 담그기 진화는 공간적으로 확장된 코로나를 요구하기 때문이다.