[논문 리뷰] Discovery of nearly coherent oscillations with a frequency of ~567 Hz during type-I X-ray bursts of the X-ray transient and eclipsing binary X 1658-298

R. Wijnands, Tod E. Strohmayer외 1명|CERN Bulletin|2000. 08. 31.

High-pressure geophysics and materials인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 고경사도의 일식 X선 전이성 천체 X 1658–298에서 발생하는 타입-I X선 폭발 중 약 567 Hz의 거의 공진동 진동을 보고한다. 이는 중성자별 자전 주기 약 1.8 ms를 시사한다. 진동은 폭발 감쇠 기간 동안 최대 5 Hz까지 주파수 증가를 보이며, 이는 관측된 바 중 가장 큰 변화이다. 또한 X선 침강 현상에 의해 강하게 조절되며, 고경사 시스템에서 폭발 진동의 탐지 가능성에 기하학적 및 질량 응축 관련 영향이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We report the discovery of nearly coherent oscillations with a frequency of 567 Hz during type-I X-ray bursts from the X-ray transient and eclipsing binary X 1658-298. If these oscillations are directly related to the neutron star rotation then the spin period of the neutron star in X 1658-298 is 1.8 ms. The oscillations can be present during the rise or decay phase of the bursts. Oscillations during the decay phase of the bursts show an increase in the frequency of 0.5 to 1 Hz. However, in one particular burst the oscillations reappear at the end of the decay phase at about 571.5 Hz. This represents an increase in oscillation frequency of about 5 Hz which is the largest frequency change seen so far in a burst oscillation. It is unclear if such a large change can be accommodated by present models used to explain the frequency evolution of the oscillations. The oscillations at 571.5 Hz are unusually soft compared to the oscillations found at 567 Hz. We also observed several bursts during which the oscillations are detected at much lower significance or not at all. Most of these bursts happen during periods of X-ray dipping behavior, suggesting that the X-ray dipping might decrease the amplitude of the oscillations (although several complications exist with this simple picture). We discuss our discovery in the framework of the neutron star spin interpretation.

연구 동기 및 목표

• 타입-I X선 폭발 중 X선 전이성 천체 X 1658–298에서의 거의 공진동 진동(NCO) 존재 및 성질을 조사하기 위해.
• 이 시스템의 고경사도 및 일식 성격을 고려할 때, 관측된 진동이 중성자별 자전 조절과 일치하는지 확인하기 위해.
• 폭발 진동의 탐지 가능성과 주파수 변화에 영향을 미치는 X선 침강 및 궤도 상태의 영향을 검토하기 위해.
• 시스템의 경사도, 질량 응축률, 자석장이 폭발 진동의 발생 또는 억제에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 이 잘 규명된 시스템에서 폭발 진동을 통해 중성자별 질량 함수를 측정할 수 있는지 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 14개의 타입-I X선 폭발에서 공진동 진동을 탐지하기 위해 Z²₁ 통계량을 사용한 자료의 분석.
• 고시간 해상도 이벤트 모드 데이터(122 μs 샘플링)를 사용하여 폭발 상승 및 감쇠 단계 동안의 진동 행동을 연구하기 위해.
• 특히 X선 침강 및 일식 간격 동안과 외부에서의 진동 주파수 및 진폭을 비교하기 위해.
• 검출 가능한 진동의 유무와 관련된 폭발 프로파일 형태(예: 지속 시간, 밝기 초과)와의 상관관계를 조사하기 위해.
• 폭발 꼬리에서의 渐진 주파수를 측정하여 중성자별 자전 주파수를 평가하며, 주파수 이탈에 주의를 기울이기 위해.
• 기하학적 및 질량 응축 관련 요인(경사도, 침강, 밝기 수준)이 진동 진폭과 주파수 조절에 미치는 잠재적 영향 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고경사도의 일식 및 침강 X선 전이성 천체 X 1658–298에서 타입-I X선 폭발 기간 동안 거의 공진동 진동이 탐지 가능한가?
• RQ2 특히 한 폭발에서 관측된 5 Hz의 주파수 증가를 고려할 때, 폭발 진동 주파수 이탈에 대한 현재 모델이 도전받는가?
• RQ3 X선 침강 활동은 고경사 시스템에서 폭발 진동의 탐지 가능성과 진폭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 X 1658–298의 중성자별 자전 주파수는 폭발 꼬리에서 관측된 渐진 주파수와 일치하는가, 아니면 주파수 이탈이 중요한 요소인가?
• RQ5 시스템의 경사도는 폭발 진동의 관측 가능성에 어느 정도 영향을 미치며, X 1658–298는 다른 알려진 NCO 소스와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• X 1658–298 폭발 중 약 567 Hz의 거의 공진동 진동이 탐지되었으며, 이는 중성자별 자전 주기 약 1.8 ms를 시사한다.
• 한 폭발에서 진동 주파수가 감쇠 단계 동안 약 5 Hz 증가하여 571.5 Hz에 도달하였으며, 이는 지금까지 관측된 바 중 가장 큰 주파수 변화이다.
• 다섯 번의 폭발에서 감쇠 단계 동안 진동이 탐지되었으며, 그 중 네 번에서 0.5–1 Hz의 주파수 증가가 관찰되어 폭발 진화와의 가능성 있는 상관관계를 시사한다.
• 강한 X선 침강 활동에도 불구하고 폭발 9에서는 약 567 Hz에서 강한 진동을 보였으며, 폭발 3은 궤도 단계 0.86 근처에서도 약 567 Hz의 진동을 보였다는 점에서, 침강이 항상 탐지 가능한 진동을 억제하지는 않는다는 것을 시사한다.
• 폭발 6, 8, 11, 13, 14에서는 진동이 없거나 상당히 약하게 나타났으며, 이는 어두운 폭발이거나 이상한 광도 곡선 형태를 보였기 때문에 폭발 에너지의 물리적 차이가 진동 생성에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.
• 높은 경사도(75°–80°)와 잘 규명된 궤도 파rameter를 지닌 X 1658–298는 폭발 진동을 통해 중성자별 질량 함수를 측정할 수 있는 최적의 후보지만, 주파수 이탈이 이 접근법을 복잡하게 만든다.