[논문 리뷰] Long-Term Variability of the Hard X-ray Source GRS 1758-258: GRANAT/SIGMA Observations

С. И. Кузнецов, M. Gilfanov외 14명|arXiv (Cornell University)|1999. 03. 13.

Astronomical Observations and Instrumentation참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 1990년에서 1998년 사이의 GRANAT/SIGMA 관측을 통해 GRS 1758-258의 장기적 경직성 X선 모니터링을 수행하며, 연간 시간스케일에서 최소 8배 이상의 강한 광도 변동성을 규명하였다. 평균 광도는 약 60 mCrab이었다. 이 소스는 40–150 keV 범위에서 광자 지수 α ≈ 1.86인 파wr-법 스펙트럼을 보이며, 지속적인 밝은 상태를 유지함으로써 X선 가열에 의한 적층 흐름 불안정성 억제가 발생함을 시사하며, 이는 이진 연성성의 질량과 궤도 주기를 제약하는 데 기여한다.

ABSTRACT

The results of GRANAT/SIGMA hard X-ray observations of GRS 1758-258 in 1990-1998 are presented. The source lies at ~5\\arcdeg from the Galactic Center and was within the SIGMA field of view during the GRANAT surveys of this region. The total exposure time of the Galactic Center was 11x10^6 s. The regular SIGMA observations revealed strong variability of the source: the 40-150 keV flux varied at least by a factor of 8 on a time scale of a year, between less than 13 mCrab and ~100-110 mCrab. The average flux was ~60 mCrab in 1990-1998. The source's spectrum is well fitted by a power law with a photon index \\alpha ~1.86 in the energy range 40 to 150 keV and becomes steeper at energies above ~100 keV. The radio and hard X-ray properties of GRS 1758-258 are similar to those of another Galactic Center source, 1E1740.7-2942. GRS 1758-258 and 1E1740.7-2942 are the two brightest hard X-ray sources in the Galactic Center region. Both sources have radio jets, similar X-ray luminosities (~10^37 erg/s), and spectra, and exhibit variations in the hard X-ray flux on long times scales by a factor of ~10 or more . In contrast to most of the known black hole candidates, which are X-ray transients, GRS 1758-258 and 1E1740.7-2942 were detected by SIGMA during most of the observations in 1990-1998. Assuming that this behavior of the sources implies the suppression of accretion-disk instability in the region of partial hydrogen ionization through X-ray heating, we impose constraints on the mass of the optical companion and on the orbital period of the binary system.

연구 동기 및 목표

• 기록된 GRANAT/SIGMA 데이터를 활용하여 경직성 X선 소스 GRS 1758-258의 장기적 변동성을 조사하는 것.
• 8년 동안의 기간 동안 40–150 keV 에너지 범위에서 GRS 1758-258의 스펙트럼 특성을 규명하는 것.
• 다른 밝은 은하수중 소스인 1E1740.7-2942와의 X선 및 라디오 성질을 비교하는 것.
• 가속 흐름 불안정성 억제 분석을 통해 이중성계의 질량과 궤도 주기를 유추하는 것.

제안 방법

• 1990년에서 1998년 사이에 수집된 GRANAT/SIGMA 경직성 X선 관측 데이터 분석으로, 은하수중 지역에 대해 총 11 × 10⁶ 초의 노출 시간을 확보하였다.
• 40–150 keV 범위에서의 소스 광도에 대해 파워-법 모델을 사용하여 광자 지수 α를 결정하기 위한 스펙트럼 피팅.
• X선 광도곡선과 라디오 데이터를 비교하여 1E1740.7-2942와의 상관관계 및 유사성을 규명하는 것.
• 부분 수소 이온화 영역 내에서 X선 가열에 의한 가속 흐름 불안정성 억제를 모델링하여 이중성계 매개변수를 추론하는 것.
• 관측된 지속적 광도 수준과 변동 폭을 활용하여 광학적 연성성의 질량과 궤도 주기를 제약하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GRANAT/SIGMA 관측을 통해 관측된 GRS 1758-258의 경직성 X선 광도의 장기적 변동성 시간스케일과 변동 폭는 무엇인가요?
• RQ2 GRS 1758-258의 40–150 keV 대역에서의 스펙트럼 에너지 분포는 파워-법 모델과 어떻게 비교되나요?
• RQ3 GRS 1758-258가 일반적인 X선 일시적 행동과 대비하여 지속적인 고광도 상태를 유지하는 데 기여하는 물리적 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ4 GRS 1758-258의 X선 및 라디오 성질은 1E1740.7-2942와 어떻게 비교되며, 이는 그들의 성격에 대해 어떤 시사점을 제공합니까?
• RQ5 관측된 X선 행동을 바탕으로 이중성계의 질량과 궤도 주기에 대해 어떤 제약을 둘 수 있나요?

주요 결과

• GRS 1758-258의 40–150 keV 광도는 약 1년의 시간스케일에서 최소 8배 이상 변동하였으며, 13 mCrab 미만에서 ~100–110 mCrab의 범위를 가졌다.
• 1990–1998년 동안의 평균 광도는 약 60 mCrab이었으며, 일반적인 X선 일시적 소스와 비교해도 지속적인 밝은 상태임을 시사한다.
• 소스 스펙트럼은 40–150 keV 범위에서 광자 지수 α ≈ 1.86인 파워-법으로 잘 기술되며, 약 100 keV 이상에서 더 기울어지는 경향을 보인다.
• GRS 1758-258와 1E1740.7-2942는 유사한 X선 빛의 세기(~10³⁷ erg/s), 스펙트럼, 라디오 제트 성질을 공유하며, 이는 지속적인 경직성 X선 소스의 공통된 군집임을 시사한다.
• 지속적인 고광도 상태는 부분 수소 이온화 영역 내에서 X선 가열에 의한 가속 흐름 불안정성 억제를 암시하며, 이는 광학적 연성성의 질량과 궤도 주기를 제약하는 데 기여한다.