[논문 리뷰] The central region of M31 observed with XMM-Newton. II. Variability of the individual sources

J. P. Osborne, K. Borozdin외 14명|ArXiv.org|2001. 08. 03.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 22인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 6개월 간의 기준에서 M31 중심부의 XMM-Newton 관측을 분석하여 개별 소스의 X선 변동성을 조사한다. 빛나는 소스의 최소 15%가 변동성이 있음을 확인하였고, 블랙홀 후보자인 경량 항성계 X선 병합천체(LMXB)와 유사한 새로운 일시적 소스를 발견하였으며, 약 865초 주기의 펄세이션을 초연도 소스에서 검출하였다. 이는 빠르게 회전하는 백색왜성에서 발생하는 초신성 이후 상태의 초연도 연소를 시사한다.

ABSTRACT

We present the results of a study of the variability of X-ray sources in the central 30' of the nearby Andromeda Galaxy (M31) based on XMM Performance Verification observations. Two observations of this field, with a total exposure time of about 50 ks, were performed in June and December of 2000. We found 116 sources brighter than a limiting luminosity of 6 x 10(35) erg/s (0.3--12 keV, d=760 kpc). For the ~60 brightest sources, we searched for periodic and non-periodic variability; at least 15% of these sources appear to be variable on a time scale of several months. We discovered a new bright transient source ~2.9' from the nucleus in the June observation; this source faded significantly and was no longer detected in December. The behaviour of the object is similar to a handful of Galactic LMXB transients, most of which are supposed to harbor black holes. We detected pulsations with a period of \~865 s from a source with a supersoft spectrum. The flux of this source decreased significantly between the two XMM observations. The detected period is unusually short and points to a rapidly spinning magnetized white dwarf. The high luminosity and transient nature of the source suggest its possible identification with classical or symbiotic nova, some of which were observed earlier as supersoft sources.

연구 동기 및 목표

• XMM-Newton 관측을 통해 M31 중심 30′ 내 개별 X선 소스의 변동성을 조사하기 위해.
• 검출된 X선 소스가 월 단위의 시간스케일에서 주기적 또는 비주기적 변동성을 보이는지 확인하기 위해.
• M31 부두에서 일시적 소스와 펄세이팅 물체를 식별하고 특성화하기 위해.
• 특히 LMXB와 초연도 소스에 대한 소스 분류에 있어 변동성의 함의를 평가하기 위해.
• 관측의 감도 한계를 평가하고, 기존의 은하계 X선 소스와의 변동성 행동을 비교하기 위해.

제안 방법

• 2000년 6월과 12월에 M31 중심부에 대해 두 차례의 XMM-Newton 성능 검증 관측을 수행하였으며, 총 노출 시간은 약 50 ks였다.
• EPIC-PN 및 EPIC-MOS 기구를 사용하여 6×10³⁵ erg s⁻¹ 이상의 빛나는 한계를 초과하는 116개의 소스를 검출하고 빛의 세기를 추출하였다.
• 주기적 변동성을 탐색하기 위해 시간 시리즈 분석을 수행하였으며, 10초에서 1000초 사이의 주기를 가진 접기 기법을 적용하였다.
• 비변동 소스에 대해 90% 상한선을 계산하였으며, 밝은 소스의 경우 3.6%에서 희미한 소스의 경우 약 30%까지 변동하였다.
• 비주기적 변동성, 예를 들어 X선 폭발을 분석하기 위해 배경을 제거한 카운트율을 사용하였다.
• 관측 간의 광도 변화를 분석하여 일시적 행동을 식별하였으며, 스펙트럼 분석을 통해 초연도 소스를 분류하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M31 중심부의 X선 소스 중 몇 퍼센트가 수개월 단위의 시간스케일에서 변동성을 보이는가?
• RQ2 관측 간에 흐려진 새로운로 검출된 일시적 소스의 성격은 무엇인가?
• RQ3 초연도 X선 소스에서 일관된 펄세이션을 감지할 수 있으며, 그 주기는 기저의 밀집 천체에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 M31 소스의 변동성 행동은 알려진 은하계 X선 일시적 소스 및 펄서와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 초연도 소스의 높은 빛의 세기와 짧은 펄세이션 주기는 그 분류 및 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• M31 중심부의 약 60개의 가장 밝은 X선 소스 중 최소 15%가 수개월 단위의 시간스케일에서 변동성을 보이며, 이는 보수적인 하한선이다.
• 2000년 6월에 발견된 새로운 일시적 소스(XMMU J004234.1+411808)는 핵심으로부터 약 2.9′ 떨어져 있었지만, 12월에는 검출되지 않아 은하계 LMXB의 폭발과 유사한 빛나는 X선 일시적 소스와 일치한다.
• 6월 관측에서 약 865.5초 주기의 펄세이션을 보이는 초연도 소스가 검출되었으며, 준정현파형 펄스 프로파일과 함께 12월에 뚜렷한 광도 감소가 관측되었다.
• 865.5초 주기는 초연도 소스에서 측정된 바 가장 짧은 주기이며, 빠르게 회전하는 자기장이 있는 백색왜성으로서, 초신성 이후 연소 단계일 가능성이 있다.
• 소스의 높은 빛의 세기와 일시적 행동은 일반적인 CV 시스템이 아닌, 고전적 또는 상호작용형 초신성에서 지속적인 핵반응 상태일 가능성이 있다.
• X선 폭발은 감지되지 않았으며, 낮은 카운트율과 10초 이하의 시간스케일에서의 절대 시간 캘리브레이션 부족으로 인해 짧은 시간스케일 변동성에 대한 감도가 제한되었다.