[논문 리뷰] Progressive covering in dipping and Comptonization in the spectrum of XB1916-053 from the BeppoSAX observation

M. J. Church, A. N. Parmar외 4명|arXiv (Cornell University)|1998. 06. 16.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 저질량 X선 이중성 XB1916-053의 BeppoSAX 관측을 분석하여, 담그는 현상이 점진적인 커버리지 방식으로 스펙트럼을 조절함을 밝혀냈다: 점원형의 블랙보디 성분(kT ≈ 1.62 keV)은 빠르게 흡수되고, 확장된 Comptonized 파wr-레인지 성분(Γ ≈ 1.61, E_cut ≈ 80 keV)은 서서히 감쇠된다. 40 keV 이하에서 에너지에 독립적인 강도 감소가 관측됨으로써 전자 산산조각화 또는 은폐가 일어나며, N_e ≈ 2.9×10²³ cm⁻²로 추정되어, 순환 위에 있는 코로나를 시사한다.

ABSTRACT

We report results of a BeppoSAX observation of the low-mass X-ray binary (LMXB) dipping source XB 1916-053. The source joins the small group of LMXB detected at energies ~100 keV. The non-dip spectrum is well fitted by an absorbed blackbody with a temperature of 1.62+/-0.05 keV and an absorbed cut-off power law with a photon index of 1.61+/- 0.01 and a cut-off energy of 80+/-10 keV. Below 10 keV, where photoelectric absorption is dominant, the dramatic spectral changes observed during dips can be simply modelled by progressive covering of the blackbody and cut-off power law components. The blackbody component is very rapidly absorbed during dips, consistent with it being point-like, while the cutoff power law is more gradually absorbed, consistent with it being extended. The most likely locations for the blackbody component are the surface of the neutron star or the boundary layer between the neutron star and the accretion disk. The extended emission most probably originates in an accretion disk corona. Above 10 keV, dipping is detected up to \~40 keV, and there is some evidence for an energy-independent reduction in intensity of up to 15%. This reduction could be caused by electron scattering or obscuration. In the first case, the change is consistent with an electron column density of ~2.9e23cm^-2, several times smaller than the average hydrogen column measured simultaneously.

연구 동기 및 목표

• XB1916-053의 X선 담그는 동안 스펙트럼 변화의 원인을 이해하는 것.
• 담그는 동안 스펙트럼 성분의 차등 감쇠를 분석하여 X선 방출 성분의 공간적 기원을 규명하는 것.
• 담그는 상태에서 고에너지 스펙트럼(~40 keV 이하)에서 Comptonization의 존재와 성격을 조사하는 것.
• 고에너지 스펙트럼 거동을 이용하여 은폐 매체의 광학적 두께와 열두께를 제약하는 것.

제안 방법

• 비담그 상태 스펙트럼을 기술하기 위해, 흡수된 블랙보디와 컷오프 파워-레인지 모델을 사용하여 BeppoSAX 데이터의 스펙트럼 피팅을 수행하였다.
• 담그는 행동을 점진적 커버리지로 모델링하여, 블랙보디 성분과 파워-레인지 성분이 서로 다른 비율로 감쇠됨을 분석하였다.
• 담그는 깊이의 에너지 의존성 분석을 통해 방출 영역의 공간적 확장을 유추하였다: 빠른 흡수는 점원형 방출을, 점진적인 흡수는 확장된 방출을 시사한다.
• 10 keV 이상에서 에너지에 독립적인 강도 감소를 이용하여, 일정한 에너지 범위에서 감쇠가 일어나는 것으로 가정하고 전자 산산조각화 광학적 두께를 추정하였다.
• 유도된 전자 열두께(N_e ≈ 2.9×10²³ cm⁻²)를 동시에 측정된 수소 열두께와 비교하여 은폐 매체의 조성을 평가하였다.
• 10 keV 이하에서는 광전자 흡수 모델을, 10 keV 이상에서는 Comptonization 모델을 적용하여 방출 기하학과 플라즈마 조건을 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XB1916-053의 X선 담그는 동안 블랙보디 성분과 파워-레인지 성분이 차등 감쇠되는 원인은 무엇인가?
• RQ2 블랙보디 성분과 Comptonized 방출 성분은 시스템 내에서 공간적으로 어디에 위치해 있는가?
• RQ3 10 keV 이상에서 관측된 고에너지 담그는 행동은 전자 산산조각화인지, 은폐인지에 기인하는가?
• RQ4 은폐 매체의 전자 열두께는 얼마이며, 수소 열두께와 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 담그는 동안의 스펙트럼 변화는 단순한 커버리지 비율 모델로 설명될 수 있는가, 아니면 추가적인 물리적 메커니즘이 필요한가?

주요 결과

• 비담그 스펙트럼은 가장 잘 맞는 흡수된 블랙보디(kT = 1.62 ± 0.05 keV)와 컷오프 파워-레인지(Γ = 1.61 ± 0.01, E_cut = 80 ± 10 keV)로 기술된다.
• 블랙보디 성분은 담그는 동안 빠르게 흡수되며, 점원형 방출원임을 시사한다. 이는 중성자별 표면 또는 경계층에 위치해 있을 가능성이 높다.
• 컷오프 파워-레인지 성분은 점진적으로 흡수되며, 확장된 방출 영역을 시사한다. 가장 타당한 해석은 액cretion 디스크 위에 있는 코로나이다.
• 담그는 현상은 약 ~40 keV까지 관측되며, 고에너지 대역에서 최대 약 15%의 에너지에 독립적인 강도 감소가 가능하다.
• 관측된 고에너지 담그는 현상은 전자 산산조각화와 일치하며, 전자 열두께 약 ~2.9×10²³ cm⁻²를 유도한다. 이는 同시 측정된 수소 열두께보다 현저히 낮다.
• 성분 간의 차등 감쇠는 중성자별 표면과 디스크 코로나가 서로 다른 공간적 확장을 가진 별개의 스펙트럼 성분을 방출하는 모델을 지지한다.