[논문 리뷰] Supergiant Fast X-ray Transients as transient sources in High Mass X-ray Binaries

L. Sidoli|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 24.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 3인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 초거대 빠른 X선 전이천체(SFXTs)인 IGR J16418–4532가 순수 바람 축적과 완전한 로체 루프 오버플로우 사이의 전이 축적 제도에 의해 극도로 변동성이 큰 X선 복사가 발생한다고 제안한다. XMM-Newton 관측을 통해 준주기적 플레어, 변동하는 흡수 및 광학적 이온화 바람과 일치하는 부드러운 과잉이 관측되었으며, 이는 tidal 스트림과 바람 비대칭성이 무작위로 축적되는 폭발을 이끌어내어, 좁은 궤도를 가진 '중간' SFXT의 역동 범위와 행동을 설명한다.

ABSTRACT

Supergiant Fast X-ray Transients (SFXTs) represent the most extreme case of X-ray variability in High Mass X-ray Binaries hosting blue supergiant companions. Mainly discovered thanks to the INTEGRAL monitoring of the Galactic plane, these hard X-ray transients display dynamic ranges which can span five orders of magnitude. This intensity variability is associated with accretion onto Galactic compact objects (mostly neutron stars) through a physical mechanism which is still poorly understood. A review of the current status of our understanding on these sources is presented and discussed. Finally, I present recent XMM-Newton results about the SFXT IGRJ16418-4532, proposing that its variability behavior is due to a transitional accretion regime, intermediate between pure wind accretion and Roche Lobe Overflow. This same regime could explain the X-ray activity of other "intermediate" SFXTs with narrow orbits.

연구 동기 및 목표

• 초거대 빠른 X선 전이천체(SFXTs)에서 관측되는 극도로 변동성이 큰 X선 복사(최대 다섯 자릿수의 역동 범위)의 물리적 메커니즘을 이해하는 것.
• 좁은 궤도를 가진 두 자릿수의 빛의 세기 변화를 보이는 중간 SFXT인 IGR J16418–4532의 축적 제도를 조사하는 것.
• 관측된 준주기적 플레어와 스펙트럼 변화가 순수 바람 축적과 로체 루프 오버플로우 사이의 전이 상태로 설명될 수 있는지 확인하는 것.
• 중성자별 자기장과 자전 주기의 축적 및 플레어 활동 조절 역할을 평가하는 것.
• 부드러운 과잉 방출과 변동하는 흡수의 기하학적 구조 및 이온화 상태 제약에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• IGR J16418–4532의 2011년 관측에서 X선 광도 변화를 추적하기 위해 XMM-Newton EPIC-pn 광도 곡선 분석을 수행하였다.
• XSPEC 모델을 사용한 스펙트럼 피팅을 통해 파owe르 레인지, 블랙보디 성분 및 광학적 이온화 바람 모델(이온화 매개변수 ξ 포함)을 사용하여 부드러운 과잉을 해석하였다.
• 2004년, 2011년 및 기록된 RXTE 데이터를 포함한 여러 관측에서 펄스 주기 분석을 수행하여 펄스 프로파일 형태와 타이밍 행동의 변화를 탐지하였다.
• 관측된 광도 곡선을 Blondin & Owen(1997)의 전이 축적 수치 시뮬레이션과 비교하여, 약한 tidal 스트림이 축적 충격과 상호작용하는 경우를 모델링하였다.
• 선로의 흡수 열두께를 스펙트럼에서 측정하여 관측선 방향의 은폐 정도와 시간에 따른 바람 밀도 변화를 평가하였다.
• 연속 스펙트럼의 이중 성분(파워 레인지 + 블랙보디) 존재 여부를 평가하여 축적 열두께 방출 및 중성자별 특성을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 좁은 궤도를 가진 시스템에서 극도로 변동성이 큰 X선 복사(최대 다섯 자릿수의 역동 범위)를 유도하는 물리적 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ2 IGR J16418–4532의 축적 제도는 순수 바람 축적과 완전한 로체 루프 오버플로우와 어떻게 비교되며, 전이 상태를 지지하는 증거는 무엇인가요?
• RQ3 IGR J16418–4532에서 관측된 준주기적 플레어의 원인은 무엇이며, 이는 축적 바람의 비대칭성 또는 타이드 스트림 역학과 관련이 있나요?
• RQ4 고광도 상태와 저광도 상태에서 펄스 프로파일 형태가 어떻게 변화하는지, 그리고 이는 축적 기하학에 어떤 의미를 갖는가요?
• RQ5 X선 스펙트럼의 부드러운 과잉 방출의 기원은 무엇이며, 이는 둘러싼 바람의 이온화 상태와 어떻게 관련이 있나요?

주요 결과

• IGR J16418–4532는 X선 광도에서 두 자릿수의 역동 범위를 보이며, 5×10³⁴ erg s⁻¹에서 5×10³⁶ erg s⁻¹로 변화하며 중간 SFXT 클래스와 일치한다.
• XMM-Newton의 2011년 관측에서 이온화 매개변수 ξ = 125⁺⁶⁰₋₄₅ erg cm s⁻¹인 부드러운 과잉이 관측되었으며, 이는 광학적 이온화 바람 성분에 의해 가장 잘 설명된다.
• 흡수 열두께는 2004년의 18.6×10²² cm⁻²에서 2011년의 8.2×10²² cm⁻²로 감소하여 변동하는 은폐와 시간에 따른 바람 밀도 변화를 나타낸다.
• 펄스 프로파일은 플레어 기간 동안 이중 피크에서 저광도 상태에서는 단일 피크로 변화하여 축적 기하학 또는 방출 영역의 변화를 시사한다.
• 2011년의 X선 광도 곡선은 전이 축적 제도의 시뮬레이션 곡선과 밀도적으로 유사하여 바람 축적과 로체 루프 오버플로우 사이의 하이브리드 상태를 시사한다.
• 2011년 관측의 후반부에서 관측된 준주기적 플레어는 1200 s의 자전 주기와 위상이 일치하지 않아, 이는 자전 조절이 아니라 축적 스트림 내의 불안정성에서 기인한 것으로 나타났다.