[논문 리뷰] Photometric Mass Estimate for the Compact Component of SS 433: And Yet It Is a Neutron Star

V. P. Goranskij|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 24.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 다색 광도측정을 통해 Balmer 점프를 이용해 A4–A8 거대 항성의 존재를 탐지하고, 스펙트로광도측정을 통해 간섭성 우주적 붉어짐을 유도함으로써 SS 433 이진계의 밀집 천체에 대한 광도적 질량 추정치를 제시한다. 분석 결과, 중성자별 질량은 1.45 ± 0.20 M⊙로 도출되었으며, 일관된 천체물리적 매개변수와 질량-광도 관계에 기반해 블랙홀 기원은 배제된다.

ABSTRACT

After 33 years of extensive studies of SS 433, we have learnt much about this unique system with moving emission lines in the spectrum. The orbital inclination is known from spectroscopic observations of moving lines; the distance is derived from radio interferometry of relativistic jets; the mass ratio of its components is determined from X-ray observations of jets' eclipses. In 2005, the accretion donor was detected as an A4 - A8 giant, and its contribution to eclipse light was measured spectroscopically. In the present paper, the A-type star was detected via multicolor photometry on the basis of its Balmer jump. A method is proposed to estimate the interstellar reddening, able to measure the individual law of interstellar absorption for SS 433 from spectrophotometry. The method is based on extracting the energy distribution of the spectral component of a very hot source covered in eclipse and on the comparison of its energy distribution to the Planck energy distribution of a black body with the temperature exceeding 10^6 K. The determination of general parameters of SS 433 leads to fairly accurate estimates of luminosity, radius, and mass of the A star in the system, and consequently leads to an accurate estimate of the mass of the compact component, the source of jets. The latter mass is between 1.25 and 1.87 solar masses. The reasons for overestimating this mass when using the dynamical method are discussed. In our opinion, the presence of a black hole in this system is excluded.

연구 동기 및 목표

• 광도측정 및 스펙트로스코픽 데이터를 이용해 SS 433의 밀집 성분의 질량을 결정하는 것.
• 은하간 붉어짐 추정치를 향상시키기 위해 은행행성의 음영 동안의 뜨거운 천체의 스펙트로광도측정을 이용하는 것.
• 정확한 항성 매개변수와 복사광도 보정을 적용하여 역학적 질량 추정치의 모순을 해결하는 것.
• 밀집 천체가 블랙홀이 아니라 중성자별임을 확인하는 것.
• 은하중의 음영 기간 동안 A형 항성이 시스템의 빛에 기여하는 바를 고려하여 질량 추정치를 보완하는 것.

제안 방법

• 다색 광도측정을 통해 에너지 분포에서의 Balmer 점프를 이용해 A4–A8 거대 항성을 탐지하였다.
• 은하간 붉어짐은 음영을 띤 뜨거운 천체의 관측된 에너지 분포를 T > 10⁶ K에서의 Planck 흑체 스펙트럼과 비교하여 추정하였다.
• SS 433까지의 거리는 상대론적 제트의 전파 간섭측정에서 취득한 5.12 ± 0.27 kpc를 사용하였다.
• 항성 복사광도 보정과 온도 캘리브레이션을 적용하여 A형 항성의 광도와 반경을 유도하였다.
• X선 음영에서의 질량 비율과 스펙트로스코피에서의 궤도 기울기를 광도측정 데이터와 결합하여 밀집 천체의 질량를 제약 조건에 둔다.
• 음영을 띤 성분의 스펙트로광도측정 데이터를 이용해 개별 은하간 흡수 법칙을 결정하는 방법을 개발하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광도측정 및 스펙트로스코픽 제약 조건에 기반해 SS 433의 밀집 천체 질량은 얼마인가?
• RQ2 음영을 띤 뜨거운 천체의 에너지 분포를 이용해 은하간 붉어짐을 정확하게 측정할 수 있는가?
• RQ3 왜 SS 433의 역학적 질량 추정치는 밀집 천체의 질량을 과대평가하는가?
• RQ4 SS 433의 밀집 천체는 중성자별인지 블랙홀인지 일관된가?
• RQ5 A형 항성이 음영 기간 동안 시스템의 빛에 기여하는 바가 밀집 천체의 질량 추정치에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 다색 광도측정을 통한 Balmer 점프를 이용해 A4–A8 거대 항성이 성공적으로 탐지되었으며, 이는 시스템 내 존재를 확인한다.
• T > 10⁶ K에서의 Planck 흑체 스펙트럼과 비교한 스펙트로광도측정 방법을 이용해 은하간 붉어짐이 추정되었다.
• 밀집 천체의 질량은 1.25에서 1.87 M⊙ 사이로 제약되며, 광도측정만으로도 최적 추정치는 1.45 ± 0.20 M⊙이다.
• 유도된 질량은 찬드라세카르 한계 근처의 중성자별과 일치하며, 블랙홀 기원은 배제된다.
• 역학적 질량 추정치의 모순은 고적률을 갖는 A형 항성에 대한 가정된 질량-광도 관계의 부정확성 때문임이 밝혀졌다.
• 이 연구는 SS 433의 기본 매개변수와 천체물리적 자료가 블랙홀 모델을 지지하지 않으며, 그러한 모델을 수용하려면 근본적인 재검토가 필요하다고 결론내린다.