[논문 리뷰] Disc-Jet coupling in the LMXB 4U1636-53 from INTEGRAL

M. Fiocchi, A. Bazzano외 2명|arXiv (Cornell University)|2006. 06. 30.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 INTEGRAL과 BeppoSAX 데이터를 사용하여 중성자별 LMXB 4U 1636–53에서 30 keV 이상의 영역에서 하드 X선 꼬리가 지배하는 방출을 처음으로 관측하였다. 스펙트럼은 Comptonized 성분과 거듭제곱 법칙 성분(Γ = 2.76)으로 가장 잘 맞추어지며, 비열성 전자 가속을 나타내고, 하드 꼬리의 기원으로 제트를 지지하며, 블랙홀 이분광계에서 관찰된 것과 유사한 디스크-제트 결합을 시사한다.

ABSTRACT

We report on the spectral analysis results of the neutron star, atoll type, low mass X-ray Binary 4U1636-53 observed by INTEGRAL and BeppoSAX satellites. Spectral behavior in three different epochs corresponding to three different spectral states has been deeply investigated. Two data set spectra show a continuum well described by one or two soft blackbody plus a Comptonized components with changes in the Comptonizing electrons and black body temperature and the accretion rates, which are typical of the spectral transitions from high to low state. In one occasion INTEGRAL spectrum shows, for first time in this source, a hard tail dominating the emission above 30 keV. The total spectrum is fitted as the sum of a Comptonized component similar to soft state and a power-law component (Gamma=2.76), indicating the presence of a non thermal electron distribution of velocities. In this case, a comparison with hard tails detected in soft states from neutron stars systems and some black hole binaries suggests that a similar mechanism could originate these components in both cases.

연구 동기 및 목표

• 4U 1636–53의 중성자별에서 다양한 연료 공급 상태 동안 스펙트럼 전이를 조사하기 위해.
• 하나의 INTEGRAL 관측에서 30 keV 이상에서 관측된 고에너지 X선 꼬리의 기원을 규명하기 위해.
• 이전에 블랙홀 이분광계에서 관찰된 디스크-제트 결합 메커니즘이 중성자별 LMXB에 존재하는지 테스트하기 위해.
• 비열성 전자 분포가 하드 X선 스펙트럼 형상에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 라디오-X선 상관관계를 제트 활동의 증거로 평가하기 위해.

제안 방법

• 세 시점에 걸쳐 INTEGRAL(JEM-X 및 IBIS)과 BeppoSAX(LECS, MECS, PDS) 기구의 동시에 측정된 데이터를 사용한 광대역 스펙트럼 분석.
• 30 keV 이상의 하드 꼬리를 모델링하기 위해 Comptonization 모델에 블랙볼러 성분을 추가하고, 거듭제곱 법칙 성분을 추가함.
• PDS 데이터의 고정된 상승 시간 임계값 기반으로 교정 상수 및 배경 제거 기법 적용.
• INTEGRAL 데이터 처리 및 5에서 150 keV 범위의 넓은 스펙트럼 추출을 위해 오프라인 과학 분석(OSA v5.1) 소프트웨어 사용.
• 부드러운, 딱딱한, 특이 상태 간의 스펙트럼 매개변수(전자 온도, 광학 두께, 블랙볼러 온도, 연료 공급률) 비교.
• 시드니 대학교 몰롱로 천구 조사에서의 라디오 플럭스 추정을 통해 라디오 라운드니스(PR/PX) 계산하고, 알려진 제트를 가진 천체와 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4U 1636–53에서 30 keV 이상에서 지배하는 하드 X선 꼬리는 무엇에 의해 발생하며, 기존 Comptonization 모델과 어떻게 다를까?
• RQ2 딱딱한 상태에서 관측된 거듭제곱 법칙 성분은 블랙홀 X선 이분광계에서 관찰된 것과 같이 제트를 나타내는가?
• RQ3 연료 공급률은 스펙트럼 상태 간에 어떻게 변화하며, 이는 연료 유동의 기하학적 형태에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 X선 및 라디오 상관관계를 바탕으로 이 중성자별 LMXB에 디스크-제트 결합의 증거가 있는가?
• RQ5 비열성 전자 분포의 존재가 특이 상태에서 관측된 스펙트럼 특징을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 4U 1636–53에서 처음으로 INTEGRAL 관측에서 30 keV 이상에서 지배적인 하드 X선 꼬리가 관측되었으며, 이는 광자 지수 Γ = 2.76인 거듭제곱 법칙 성분으로 가장 잘 맞추어졌다.
• 특이 상태에서의 총 스펙트럼은 저온의 열 전자 분포(3–4 keV)에서 비롯된 Comptonization와 비열성 거듭제곱 법칙 전자 성분의 조합으로 가장 잘 기술된다.
• 부드러운 상태에서의 연료 공급률은 7.3 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹로 추정되었으며, 딱딱한 상태에서는 4.0 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹로, 딱딱한 상태에서 더 낮은 연료 공급률을 나타낸다.
• 특이 상태는 약 2.1 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹의 매우 높은 연료 공급률을 보였지만, 이 값은 저에너지에서 급격한 거듭제곱 법칙 성분의 영향을 받을 수 있다.
• 843 GHz에서의 라디오 검출(7.5 mJy) 및 추정된 라디오 라운드니스(5 GHz에서 1.1–2.2 Jy/Crab)는 제트 활동과 일치하며, 블랙홀 후보자 및 다른 제트를 가진 LMXB와 유사하다.
• 하드 꼬리의 존재와 높은 라디오 라운드니스가 거듭제곱 법칙 성분이 제트에서 기인한다는 가설을 지지하며, 이는 중성자별 시스템에서 디스크-제트 결합이 존재함을 시사하며, 이러한 특징이 블랙홀 이분광계에만 국한된다는 개념을 도전한다.