[논문 리뷰] The Dearth of low-luminosity Globular Cluster LMXBs in NGC 3379

G. Fabbiano, N. J. Brassington외 11명|ArXiv.org|2007. 10. 26.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 NGC 3379의 깊은 천체망원경 Chandra 관측을 통해, ~4×10³⁷ erg s⁻¹ 이하의 저광도 밀집성 별집 저질량 X선 이중성(LMXB)의 현저한 부족을 규명하여, 모든 LMXB가 밀집성 별집에서 형성된다는 오랫동안 지속된 가설에 도전한다. 이 부족은 천체역학적 LMXB 형성과 지속적에서 일시적 행동으로의 전이와 일치하며, 희생자 주로 주계열 별을 가진 시스템을 선호한다.

ABSTRACT

Our campaign of deep monitoring observations with {\it Chandra} of the nearby elliptical galaxy NGC 3379 has lead to the detection of nine globular cluster (GC) and 53 field low mass X-ray binaries (LMXBs) in the joint {\it Hubble}/{\it Chandra} field of view of this galaxy. Comparing these populations, we find a highly significant lack of GC LMXBs at the low (0.3-8 keV) X-ray luminosities (in the $\sim 10^{36}$ to $\sim 4 imes10^{37}$ erg s$^{-1}$ range) probed with our observations. This result conflicts with the proposition that all LMXBs are formed in GCs. This lack of low-luminosity sources in GCs is consistent with continuous LMXB formation due to stellar interactions and with the transition from persistent to transient LMXBs. The observed cut-off X-ray luminosity favors a predominance of LMXBs with main-sequence donors instead of ultra-compact binaries with white-dwarf donors; ultra-compacts could contribute significantly only if their disks are not affected by X-ray irradiation. Our results suggest that current theories of magnetic stellar wind braking may work rather better for the unevolved companions of GC LMXBs than for field LMXBs and cataclysmic variables in the Galaxy, where these companions may be somewhat evolved.

연구 동기 및 목표

• 깊은 X선 관측을 통해 NGC 3379의 밀집성 별집(GC) 및 필드 저질량 X선 이중성(LMXB)의 광도 분포를 조사하기 위해.
• 모든 LMXB가 밀집성 별집에서 기인한다는 가설을 검증하기 위해 GC 및 필드 LMXB의 X선 광도 함수(XLF)를 비교하기 위해.
• 관측된 저광도 GC LMXB의 부족이 일시적 행동, 희생자 유형 또는 자기 브레이킹 효과로 설명될 수 있는지 확인하기 위해.
• 광도 함수의 절단이 은하 내 LMXB 형성 및 진화 이론에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• NGC 3379에 대해 337 ks의 깊은 Chandra ACIS-S3 관측을 수행하고, Hubble WFPC2 옵티컬 데이터를 결합하여 밀집성 별집 연관성을 확인하였다.
• Hubble/Chandra의 공동 시야를 이용하여, 불완전성 보정을 고려한 필드 및 GC LMXB의 누적 X선 광도 함수(XLF)를 비교하였다.
• 감지 불완전성을 극복하기 위해 스택 분석을 수행하여 GC LMXB의 저광도 방출에 대한 상한을 추정하였다.
• 현재 337 ks 데이터셋과 이전 30 ks 관측 결과를 비교하여 감지 감도 및 소스 진화를 평가하였다.
• 감지된 GC LMXB의 변동성을 분석하여 다중 소스 오염 또는 지속적 고광도 시스템일 가능성을 배제하였다.
• 열적 디스크 불안정성 모델과 자기 별풍 브레이킹을 포함한 LMXB 진화 이론 모델을 평가하여 관측된 XLF 절단을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 3379에서 필드 LMXB에 비해 밀집성 별집 내 저광도 LMXB가 현저히 부족한가?
• RQ2 관측된 광도 함수 절단이 약 4×10³⁷ erg s⁻¹에서 지속적에서 일시적 LMXB 행동으로의 전이를 지지하는가?
• RQ3 저광도 GC LMXB의 부족은 백색왜성 희생자를 가진 초소형 이중성의 지배로 설명될 수 있는가?
• RQ4 필드 및 GC LMXB 간의 관측된 XLF 차이가 모든 LMXB가 밀집성 별집에서 기인한다는 가설을 반박하는가?
• RQ5 밀집성 별집의 LMXB에서 불변형 주계열 희생자에 비해 필드 LMXB 및 은하계 초신성 변이형에서의 진화한 희생자에 비해 자기 별풍 브레이킹이 더 효과적인가?

주요 결과

• 깊은 337 ks Chandra 관측에서 9개의 GC LMXB가 감지되었으며, 전체적으로 LMXB 감지 수가 2.4배 증가했음에도 불구하고 연관성은 9개에 그쳐 저광도에서의 현저한 부족이 나타났다.
• 관측된 광도 함수 절단이 약 ~4×10³⁷ erg s⁻¹는 백색왜성 희생자를 가진 초소형 이중성의 지배를 예측하는 모델과 일치하지 않는다.
• 저광도 GC LMXB의 부족은 열적 디스크 불안정성 모델과 일치하며, 저광도에서 지속적에서 일시적 상태로의 전이가 일어남을 시사한다.
• 광도 절단은 수소를 포함한 주계열 희생자를 가진 LMXB를 초소형 시스템보다 선호하며, 이는 이러한 시스템에서 디스크 조명 효과가 미미함을 시사한다.
• 결과는 모든 필드 LMXB가 밀집성 별집에서 기인했다는 가능성을 배제하며, ~4×10³⁷ erg s⁻¹ 이하에서 필드 및 GC LMXB의 XLF가 상당히 다름을 보였다.
• 이러한 발견은 밀집성 별집의 LMXB에서 불변형 주계열 동반성에 비해 자기 별풍 브레이킹이 더 효과적일 수 있음을 시사한다.