[논문 리뷰] On the triple nature of the X-ray source 4U2129+47 (= V1727 Cyg)

M. S. Bothwell, M. Pérez Torres외 2명|ArXiv.org|2008. 04. 08.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 14인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 4U 2129+47 (V1727 Cyg)가 낙성된 F형 주거성 항성과 밀접한 내부 이중성(중성자별 수반)을 공전하는 계단형 삼중성계임을 확인한다. 1996–1998년 동안의 스펙트로스코픽 도플러 속도 측정 결과, 약 40 km s⁻¹의 장기적 변화가 관측되어 우연한 천구상 정렬 가능성을 강하게 배제하고 삼중성계 가설을 지지한다. 이는 약 30일의 투영 외부 궤도 주기와 일치한다.

ABSTRACT

Context. In quiescence, the proposed optical counterpart to the neutron star low mass X-ray binary 4U 2129+47 (V1727 Cyg) shows a spectrum consistent with a late F-type subgiant and no radial velocity variations on the 5.24 hour binary period. This could imply that V1727 Cyg is a chance line of sight interloper. Radial velocity measurements, however, showed evidence for a longer term ~40 km/s shift, which suggested that 4U 2129+47 could be a hierarchical triple system, with the F-type star in a wide orbit about the inner low mass X-ray binary. Aims. In order to confirm the long-term radial velocity shift reported in Garcia et al. (1989) and its amplitude, we obtained spectroscopic observations of V1727 Cyg during 1996 and 1998 with the William Herschel Telescope using the ISIS spectrograph. Methods. We determined radial velocities from the ISIS spectra by means of the cross-correlation technique with a template spectrum. Results. The resulting radial velocities show variations with a maximum amplitude of ~40 km/s, confirming previous results and supporting the F-type star as being the third body in a hierarchical triple system. The odds that this star could be an interloper are ~3e-6

연구 동기 및 목표

• Garcia 등 (1989)이 이전에 보고한 V1727 Cyg에서 관측된 약 40 km s⁻¹의 장기적 도플러 속도 이동을 확인하여 계단형 삼중성계 가설을 검증한다.
• F형 항성이 삼중성계의 물리적 결합된 제3성체가 아니라 천체적 우연 정렬일 가능성의 확률을 평가한다.
• 관측된 도플러 속도 변화가 약 30일의 외부 궤도 주기와 일치하는지 확인한다.
• 외부 성분의 궤도 매개변수를 개선하고 시스템의 역학적 안정성과 진화 역사에 대한 평가를 수행한다.

제안 방법

• V1727 Cyg의 스펙트로스코픽 관측은 1996년과 1998년에 윌리엄 허셜 망원경의 ISIS 스펙트로그래프를 사용하여 수행되었다.
• 관측 스펙트럼를 F7-IV 항성 스펙트럼 템플릿과의 교차상관을 통해 도플러 속도를 측정하였다.
• 교차상관함수(FXCOR)를 사용하였으며, 오차 추정은 상관 계수와 비교 항성의 속도 산란도 기반으로 이루어졌다.
• 파장 캘리브레이션은 야간 천공 발광선을 사용하였고, 평균 오프셋은 -0.4 km s⁻¹로 오차 범위 내에서 0과 일치하였다.
• 관측은 약 30일 간 매주 반복되어 30일 궤도 주기와 일치하는 장기적 도플러 속도 변화를 탐지하기 위해 수행되었다.
• 통계 분석은 삼중성계에서 예상되는 주파수 및 진폭과 관측된 속도 변화를 비교하였으며, Duquennoy & Mayor (1991) 샘플을 활용해 간섭성의 가능성을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 V1727 Cyg에서 관측된 약 40 km s⁻¹의 장기적 도플러 속도 이동은 제3성체의 궤도적 신호인지, 측정 오차 또는 간섭성 정렬의 산물인지 여부는 무엇인가?
• RQ2 F형 주거성 항성이 계단형 삼중성계의 물리적 결합된 성분이 아니라 천체적 우연 정렬일 가능성의 확률은 얼마인가?
• RQ3 관측된 도플러 속도 변화는 X선 on/off 주기 조절과 일치하는 약 30일의 외부 궤도 주기로 설명될 수 있는가?
• RQ4 도플러 속도 진폭과 단계 행동은 Garcia 등 (1989)이 제안한 삼중성계 모델을 지지하는가? 특히 최신 X선 타이밍 데이터를 고려할 때 어떻게 되는가?
• RQ5 도플러 속도 측정은 외부 궤도의 궤도 매개변수와 질량 함수에 대해 어떤 제약 조건을 제공하는가?

주요 결과

• V1727 Cyg의 도플러 속도 변화는 최대 약 40 km s⁻¹의 진폭을 보이며, Garcia 등 (1989)이 이전에 보고한 장기적 이동을 확인한다.
• 관측된 도플러 속도 변화는 7에서 10σ의 유의 수준으로 검출되어 신호의 실재성에 대해 매우 높은 신뢰도를 가진다.
• F형 항성이 천체적 우연 정렬일 가능성은 약 3×10⁻⁶로 감소되었으며, 이는 유사한 도플러 속도 변화를 보이는 F7 항성의 빈도 기반으로 추정되었다.
• 도플러 속도 데이터는 약 30일의 외부 궤도 주기와 일치하며, 계단형 삼중성계 모델을 지지한다.
• 최근 XMM-Newton 관측 결과에서 관측된 중간 일식 시간의 약 200초 지연은 삼중성계의 질량 중심을 도는 내부 이중성계의 궤도 운동으로 설명될 수 있다.
• 스펙트로스코피, X선 타이밍, 통계 분석의 통합적 증거는 4U 2129+47가 중성자별을 수반한 밀접한 이중성계와 넓은 궤도를 도는 F형 주거성 항성이 결합된 계단형 삼중성계임을 강력히 지지한다.