[논문 리뷰] Spectral and Temporal Properties of Ultra-luminous X-ray Source NGC 55 ULX1

V. Jithesh|arXiv (Cornell University)|2021. 11. 12.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 66인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 2013–2021년 동안 Swift, XMM-Newton 및 NuSTAR 관측을 통해 NGC 55 ULX1을 분석하여, 연속적인 블랙보디 성분이 지배하는 부드러운 초광위성(SUL) 상태에 있는 것으로 밝혀졌다. 블랙보디 온도와 내부 디스크 온도 사이의 양의 상관관계, 블랙보디 반경과 온도 사이의 반대 상관관계, 그리고 경미한 광도 균열은 초광위성 복사력에 의해 구동되는 외부 유동 모델이 이 소스의 스펙트럼 및 시간적 행동을 설명하는 데 주요한 해석으로서 타당하다.

ABSTRACT

We investigate the spectral and temporal properties of ultra-luminous X-ray source (ULX) NGC~55~ULX1 using {\it Swift}, {\it XMM-Newton} and {\it NuSTAR} observations conducted during 2013--2021. In these observations, the source flux varies by a factor of $\sim 5-6$, and we identify the source mainly in the $soft~ultraluminous$ (SUL) state of ULXs. We fit the X-ray spectra with a two thermal component model consisting of a blackbody (for the soft component) and a disc (for the hard component), and the soft component dominates in these observations. The soft component in the SUL state shows properties similar to that of ultraluminous supersoft sources, for example, an anti-correlation between the characteristic radius and temperature of the blackbody component. In addition, we observe a positive correlation between the blackbody and inner disc temperatures when the X-ray spectra are fitted with the two-thermal component model. The source exhibits marginal evidence of X-ray flux dips in the {\it Swift} and {\it XMM-Newton} observations at different intensity levels. We explain the observed spectral and temporal properties of the source by invoking the supercritical radiatively driven outflow mechanism.

연구 동기 및 목표

• 여러 X선 관측소를 통해 NGC 55 ULX1의 스펙트럼적 및 시간적 행동을 이해하기 위해.
• NGC 55 ULX1의 밀집 천체의 성격을 규명하기 위해, 특히 중성자별, 별질량 블랙홀 또는 중간질량 블랙홀인지 확인하기 위해.
• 초광위성 적재의 맥락에서 ULX에서 관측되는 X선 광도 균열과 스펙트럼 변화의 기원을 조사하기 위해.
• 여러 기구에서 확보한 광역 스펙트럼 데이터를 바탕으로 초광위성 복사력에 의해 구동되는 외부 유동 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• 부드러운 성분을 위한 블랙보디와 딱딱한 성분을 위한 디스크 블랙보디를 포함한 이중 열성분 모델을 사용하여 광역 X선 스펙트럼 피팅을 수행하였다.
• 동시 XMM-Newton 및 NuSTAR 관측을 분석하여 0.3–10 keV 및 >10 keV 에너지 대역에서 스펙트럼 곡률과 딱딱한 尾를 탐색하였다.
• ‘펄세이터 유사’ 모델을 사용하여 펄세이션의 존재 여부를 검토하였으며, 알려진 펄세이팅 ULX의 스펙트럼 매개변수와 비교하였다.
• Swift 및 XMM-Newton 광도곡선에서 경미한 광도 균열 사건을 식별하였으며, 0.3–10 keV 대역에서 5–73%의 광도 감소를 측정하였다.
• 블랙보디 온도와 반경 사이의 상관관계, 블랙보디 온도와 내부 디스크 온도 사이의 상관관계를 분석하여 외부 유동 역학을 추론하였다.
• 은폐 구조물의 역할을 평가하였으며, 이는 적재 흐름-디스크 상호작용 및 외부 유동 클러스터 등으로 인한 스펙트럼 및 시간적 변화를 설명하기 위함이었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2013–2021년 관측 기간 동안 NGC 55 ULX1의 스펙트럼 상태는 무엇이며, SUL, HUL 또는 넓어진 디스크 제도와 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ2 부드러운 성분에서 관측된 블랙보디 온도와 반경 사이의 반대 상관관계의 기원은 무엇인가?
• RQ3 Swift 및 XMM-Newton 데이터에서 관측된 경미한 X선 광도 균열은 클러스터링된 외부 유동 또는 다른 메커니즘에 의한 은폐와 일치하는가?
• RQ4 블랙보디 온도와 내부 디스크 온도 사이의 관측된 양의 상관관계는 초광위성 복사력에 의해 구동되는 외부 유동으로 설명될 수 있는가?
• RQ5 스펙트럼 및 시간적 특성에 기반하여 NGC 55 ULX1의 밀집 천체는 중성자별과 일치하는가?

주요 결과

• NGC 55 ULX1는 부드러운 초광위성(SUL) 상태에 있으며, 모든 관측에서 부드러운 블랙보디 성분이 X선 스펙트럼을 지배한다.
• 블랙보디 온도와 특성 반경 사이에 유의미한 반대 상관관계가 관측되었으며, 이는 ULX에서 초에디링턴 외부 유동의 특징으로 알려져 있다.
• 블랙보디 온도와 내부 디스크 온도 사이에 양의 상관관계가 확인되었으며, 이는 복사력에 의해 구동되는 외부 유동과 일치하는 공진발 thermal 성분을 시사한다.
• Swift 및 XMM-Newton 데이터에서 X선 광도 균열의 경미한 증거를 발견하였으며, 0.3–10 keV 대역에서 5–73%의 광도 감소가 있었으며, 딱딱한 대역에서 더 깊었다.
• NuSTAR 관측에서 10 keV 이상의 딱딱한 X선 尾가 확인되지 않았으며, 펄세이션도 발견되지 않아 중성자별 기원을 배제한다.
• 관측된 스펙트럼 및 시간적 특성은 초광위성 복사력에 의해 구동되는 외부 유동 모델이 가장 잘 설명하며, 외부 유동 클러스터 또는 열 불안정성이 균열을 유발할 수 있다.