[논문 리뷰] RXTE Observation of the X-ray burster 1E1724-3045. I : Timing study of the persistent X-ray emission with the PCA

Jean-Philippe Olive, D. Barret외 4명|ArXiv.org|1998. 02. 04.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 RXTE/PCA 데이터를 사용하여 X선 번개원자 1E1724-3045의 지속적인 X선 복사의 시간 분석을 수행한다. 두 개의 주요 샷 노이즈 성분(감쇠 timescale이 각각 약 680 ms와 약 16 ms)과 0.8 Hz에서 뚜렷한 QPO 유사 특징, 그리고 약 25%의 분수형 RMS를 보이는 고주파수 노이즈를 확인하였으며, 이는 이 소스가 '섬' 상태 Atoll 소스임을 시사한다. 이러한 결과는 저주파수 QPO와 높은 RMS가 블랙홀의 특징이라는 기존의 견해에 도전하며, 중성자별 시스템에서도 유사한 행동을 보임을 보여준다.

ABSTRACT

We report on the RXTE/PCA observation of the X-ray burster 1E1724-3045 located in the globular cluster Terzan 2. The persistent X-ray emission shows a high level of noise variability, the so-called High Frequency Noise (HFN) with a fractional Root Mean Squared (RMS) of about 25% in the 2E-3 - 40 Hz range. The strong HFN together with the hardness of its X-ray spectrum suggest that 1E1724-3045 is an ``Atoll'' source which was in its ``Island'' state during the observation. The Fourier Power Density Spectra (PDS) can be modeled in terms of the sum of two ``shot noise'' components for which the shots have a single-side exponential shape. The characteristic shot decay timescales inferred from the best fitting of the PDS are ~680 and 16 msec respectively. The two components contribute similarly to the total RMS (about 15%). The PDS contains also a third component: a broad and asymmetric peaked noise feature centered at 0.8 Hz. This Quasi Periodic Oscillation-like (QPO) feature contributes at the level of ~ 10% to the total RMS. The integrated RMS of all three components shows a positive correlation with energy up to at least 40 keV. We also show that 1E1724-3045 has striking timing similarities with the black hole candidate GRO J0422+32 (Nova Persei 1992). Our observation demonstrates that a low frequency QPO simultaneously with a high level of RMS is not a timing signature unique to black holes. This extends the growing list of similarities between Atoll sources and black hole systems.

연구 동기 및 목표

• RXTE/PCA 데이터를 사용하여 X선 번개원자 1E1724-3045의 지속적인 X선 복사의 시간적 특성을 조사하기.
• 관측된 변동성이 특히 Atoll 소스의 '섬' 상태와 일치하는지 확인하기.
• 저주파수 QPO와 높은 분수형 RMS의 존재가 블랙홀 후보자에만 국한되는지 평가하기.
• 1E1724-3045의 시간적 행동을 블랙홀 후보자 GRO J0422+32와 비교하여 X선 변동성의 유사성 평가하기.

제안 방법

• 2–40 keV 에너지 범위에서 RXTE/PCA 광도 곡선 분석을 통해 파wer 밀도 스펙트럼(PDS) 추출.
• 변동성 timescale을 특성화하기 위해 단일 측면 지수형 샷 노이즈 성분의 합으로 PDS 모델링.
• PDS에서 0.8 Hz 중심의 넓고 비대칭적인 준정기 진동(QPO)-유사 특징 식별 및 정량화.
• 2–40 keV 대역 전반에서 에너지 의존적 분수형 루트 평균 제곱(RMS) 변동성 측정을 통해 스펙트럼-시간 상관관계 평가.
• 관측된 시간적 특징을 블랙홀 후보자 GRO J0422+32의 특징과 비교하여 현상학적 유사성 평가.
• 푸리에 분석을 사용하여 파워 밀도 스펙트럼을 서로 다른 timescale과 진폭을 가진 별개의 변동성 성분으로 분해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1E1724-3045의 지속적인 X선 복사에서 변동성 성분의 특징적인 timescale과 진폭은 무엇인가?
• RQ2 1E1724-3045에서 저주파수 QPO 유사 특징과 높은 분수형 RMS의 존재는 블랙홀 유사한 적층 상태를 시사하는가?
• RQ3 전체 RMS의 에너지 의존성은 X선 대역 전반에서 어떻게 변화하며, 이는 복사 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 1E1724-3045의 시간적 특성은 어느 정도 블랙홀 후보자 GRO J0422+32의 특성과 유사한가?

주요 결과

• 1E1724-3045의 지속적인 X선 복사는 2–40 Hz 범위에서 약 25%의 분수형 RMS를 보이며 높은 노이즈 변동성을 나타낸다.
• 파워 밀도 스펙트럼은 각각 약 680 ms와 약 16 ms의 감쇠 timescale을 가진 두 개의 샷 노이즈 성분의 합으로 가장 잘 모델링되며, 총 RMS의 약 15%씩 기여한다.
• 0.8 Hz 중심의 넓고 비대칭적인 QPO 유사 특징은 총 RMS의 약 10% 기여한다.
• 통합된 분수형 RMS는 최소 40 keV까지 에너지 증가와 함께 양의 상관관계를 보이며, 에너지 의존적 변동성을 시사한다.
• 이 소스는 특히 강한 고주파수 노이즈와 저주파수 QPO의 공존에서 블랙홀 후보자 GRO J0422+32와 뚜렷한 시간적 유사성을 보인다.
• 결과적으로, 고주파수 노이즈와 저주파수 QPO의 동시 존재가 블랙홀 시스템에만 국한되지 않음을 보여주며, Atoll 소스와 블랙홀 후보자 간의 현상학적 유사성을 넓히는 데 기여한다.