[논문 리뷰] Doubling the number of Be/X-ray binaries in the SMC

F. Haberl, M. Sasaki|arXiv (Cornell University)|2000. 05. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 소마그ellan운(SMC) 내에서 ROSAT 및 엘라인 X선 소스 목록과 Hα 선원천 목록을 교차 비교함으로써 25개의 새로운 Be/X선 이중성 후보자를 제안한다. 이는 기존에 알려진 시스템 수를 두 배로 늘리는 것으로, Be 항성(수축성 Hα 방출으로 확인)과 X선 소스 사이의 강력한 상관관계를 활용하여 저광도 Be/X선 이중성을 다량으로 드러내며, 은하수 내에서 많은 수의 이러한 시스템이 아직 탐지되지 않았을 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

A correlation of X-ray source and Halpha emission-line object catalogues in the Small Magellanic Cloud (SMC) shows that more than two thirds of the optically identified Be stars in Be/X-ray binaries are found as emission-line objects in the catalogues. On the basis of this result we propose up to 25 X-ray sources mainly from recent ROSAT catalogues as new Be/X-ray binaries and give their likely optical counterparts. Also for the five yet unidentified X-ray pulsars in the SMC we propose emission-line stars as counterparts. This more than doubles the number of known high mass X-ray binary systems in this nearby galaxy. The spatial distribution of the new candidates is similar to that of the already identified Be/X-ray binaries with a strong concentration along the SMC main body and some systems in the eastern wing. The new candidates contribute mainly to the low-luminosity end of the X-ray luminosity distribution of Be/X-ray binaries. A comparison with the luminosity distribution in the Milky Way reveals no significant differences at the high-luminosity end and the large number of low-luminosity systems in the SMC suggests that many such systems may still be undetected in the Galaxy. The overall ratio of known Be to OB supergiant X-ray binaries in the SMC is an order of magnitude larger than in the Galaxy, however, might show spatial variations. While in the eastern wing the ratio is comparable to that in the Galaxy no supergiant X-ray binary is currently known in the main body of the SMC. Possible explanations include a different star formation history over the last ~15 My.

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 교차 비교를 통해 소마그ellan운(SMC) 내 새로운 Be/X선 이중성 후보자를 식별하기.
• 현재 조사에서 저광도 Be/X선 이중성이 부족하게 나타나는 문제를 다루고 은하 내 탐지 가능성 평가하기.
• 많은 수의 Be/X선 이중성이 낮은 X선 광도로 인해 탐지되지 않을 수 있다는 가설을 검증하기.
• SMC의 다양한 지역에서 Be/X선 이중성과 초거대 항성 X선 이중성 간 비율의 공간적 변동성 조사하기.
• SMC 내 5개의 연관되지 않은 X선 펄서의 광학 대응체를 향상하여 식별하기.

제안 방법

• 위치 불확실성을 고려하기 위해 √(r90² + 10²)의 위치 임계값을 사용하여 SMC 내 517개의 ROSAT PSPC X선 소스를 MA93 및 MB99 Hα 선원천 목록과 교차 비교함.
• 추가로 ROSAT HRI, 엘라인 IPC, ASCA, BeppoSAX, RXTE 등의 X선 목록을 활용하여 선원천과 연관된 X선 소스 탐색을 확장함.
• 근접성, X선 광도, Be 항성과 일치하는 광학 등급을 기준으로 후보자를 선별하였으며, 알려진 초신성 잔해 및 수프터 소스는 제외함.
• X선 광도, 광학 magnitude(B, V, R), 스펙트럼 특성 등을 평가하여 Be/X선 이중성과 기타 천체를 구분함.
• 가용한 X선 광도 변화 및 주기성에 기반해 후보자를 Be/X? 또는 Be/X 펄서로 분류함.
• 신규 후보자의 광도 분포를 기존의 알려진 Be/X선 이중성 및 은하수 시스템과 비교하여 탐지 가능성과 인구적 차이 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Hα 선원천과 X선 소스 사이의 상관관계를 이용해 SMC 내 새로운 Be/X선 이중성 후보자를 신뢰성 있게 식별할 수 있는가?
• RQ2 신규 후보자들이 저광도 영역에서 Be/X선 이중성의 X선 광도 함수에 기여하는 정도는 어떠한가?
• RQ3 SMC 내 Be 항성과 초거대 항성 X선 이중성의 비율이 은하수보다 한 계급 높은 이유는 무엇이며, 이 비율은 공간적으로 변동하는가?
• RQ4 SMC 내 5개의 연관되지 않은 X선 펄서가 광학 대응체 식별에 기반해 Be 항성과 연관될 가능성이 있는가?
• RQ5 SMC 내 저광도 Be/X선 이중성의 존재는 은하수 내 많은 수의 유사 시스템이 아직 탐지되지 않았을 가능성을 어느 정도 시사하는가?

주요 결과

• 저자들은 ROSAT PSPC 및 HRI 목록 기반으로 Hα 선원천과의 교차 비교를 통해 SMC 내 25개의 새로운 Be/X선 이중성 후보자를 제안함.
• 신규 후보자들은 SMC 내 알려진 Be/X선 이중성의 인구를 크게 증가시켜 시스템 수를 거의 두 배로 늘림.
• 신규 후보자의 공간 분포는 기존의 알려진 Be/X선 이중성과 유사하며, 주로 SMC 본체에 집중되어 있고 일부는 동부 날개에 분포함.
• 신규 후보자들은 주로 X선 광도 함수의 저광도 영역에 기여하며, 광도 범위는 약 ~3.0×10³⁵ erg s⁻¹에서 ~5.0×10³⁷ erg s⁻¹ 사이임.
• SMC 내 광도 분포는 고광도 영역에서 은하수와 유사한 특성을 보이며, 저광도 시스템의 다수 존재는 이러한 시스템이 은하수 내 아직 탐지되지 않았을 가능성을 시사함.
• SMC 내 Be 항성 대비 초거대 항성 X선 이중성 비율은 은하수보다 한 계급 높으며, 동부 날개에서는 이 비율이 유사한 것으로 나타나지만, 현재 SMC 본체에는 알려진 초거대 항성 X선 이중성이 없음.