[논문 리뷰] The millisecond X-ray pulsar/burster SAX J1808.4-3658: the outburst light curve and the power law spectrum

M. Gilfanov, M. Revnivtsev외 2명|arXiv (Cornell University)|1998. 05. 12.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 1998년 활동기 동안 밀리초 X선 펄서/버스터 SAX J1808.4-3658의 RXTE 관측을 분석하여, 100 keV 이하에서 강한 고에너지 절단이 없고, 광자 지수 ~2인 안정된 유통형 X선 스펙트럼을 규명하였다. 복사광도 감쇠는 약 수 × 10³⁵ erg/s에서 갑작스럽게 끊어졌으며, 이는 프로펠러 영역으로의 전이 또는 디스크 불안정성으로 인한 것으로 보이며, 중성자별 자기장에 대한 상한선 B < 수 × 10⁷ G를 제시한다.

ABSTRACT

The X-ray light curve and broad band spectral properties of the millisecond X-ray pulsar/burster SAX J1808.4-3658 are reported. In the course of RXTE observations in April--May 1998 the 3--150 keV luminosity of the source decreased by a factor of ~100 from the peak value of ~9E36 erg/s (for a 4 kpc distance). However, the spectrum was remarkably stable and maintained a roughly power law shape with a photon index of ~2 without a strong high energy cut-off below 100 keV, similar to that sometimes observed in the low spectral state of X-ray bursters. An approximation of the averaged spectrum with an exponentially cut-off power law with a superimposed reflected component yields the 90% lower limit on the e-folding energy ~270 keV. We speculate that Comptonization on the bulk motion in the radiation dominated shock might be a possible mechanism of spectral formation. The decaying part of the X-ray light curve was cut off abruptly at luminosity ~few 1E35 erg/s. Such behavior might be due to centrifugal inhibition of accretion (transition to the ``propeller'' regime) as well as to disk instability. In either case an upper limit on the neutron star magnetic field strength is B &lt; few 1E7 Gauss.

연구 동기 및 목표

• 1998년 활동기 동안 SAX J1808.4-3658의 X선 광도곡선과 스펙트럼 진화를 특성화하는 것.
• 감쇠 단계에서의 스펙트럼 형태와 고에너지 절단 특성을 규명하는 것.
• 낮은 복사광도에서 X선 광도곡선이 갑작스럽게 끊어지는 물리적 메커니즘을 조사하는 것.
• 가열 억제 모델을 사용하여 중성자별 자기장 강도를 제약하는 것.

제안 방법

• 1998년 4월에서 5월 사이의 RXTE 관측 데이터를 분석하여 활동기 감쇠 단계를 다룸.
• 초기 감쇠된 파워로우 스펙트럼 모델에 반사된 성분을 추가하여 스펙트럼 피팅.
• 스펙트럼 피팅을 통해 고에너지 절단의 e-반복 에너지를 추정.
• 복사광도 감쇠 곡선을 모델링하여 약 수 × 10³⁵ erg/s에서 갑작스럽게 끊어지는 현상을 확인.
• 복사광도 절단을 설명하고 자기장 상한선을 유도하기 위해 프로펠러 효과 모델을 적용.
• 관측된 복사광도에서 복사광도 값을 유도하기 위해 4 kpc의 거리를 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SAX J1808.4-3658의 1998년 활동기 감쇠 단계에서 스펙트럼 형태는 어떻게 되는가?
• RQ2 X선 스펙트럼은 100 keV 이하에서 고에너지 절단을 보이며, 만약 그렇다면 그 e-반복 에너지는 얼마인가?
• RQ3 왜 X선 광도곡선이 약 수 × 10³⁵ erg/s의 복사광도에서 갑작스럽게 끊어지는가?
• RQ4 관측된 행동은 중심력 억제에 의한 가열 억제로 인해 중성자별이 프로펠러 영역으로 전이된 것으로 설명될 수 있는가?
• RQ5 관측된 복사광도 절단을 바탕으로 중성자별 자기장 강도에 대해 어떤 상한선을 설정할 수 있는가?

주요 결과

• SAX J1808.4-3658의 3–150 keV 복사광도는 1998년 활동기 동안 피크 값 ~9×10³⁶ erg/s에서 약 100배 감소하였다.
• 스펙트럼은 감쇠 기간 내내 놀랄 만큼 안정되었으며, 광자 지수 약 2인 유통형 형태를 유지하였다.
• 100 keV 이하에서 강한 고에너지 절단이 없었으며, 스펙트럼 피팅 결과에서 e-반복 에너지에 대한 90% 하한선은 약 270 keV였다.
• 감쇠 광도곡선은 약 수 × 10³⁵ erg/s의 복사광도에서 갑작스럽게 끊어졌으며, 이는 가열 역학의 급격한 변화를 시사한다.
• 이 갑작스러운 절단은 중성자별이 프로펠러 영역으로 전이되거나 디스크 불안정성으로 인한 것으로 해석되며, 자기장 강도에 상한선 B < 수 × 10⁷ G를 제시한다.
• 관측된 에너지 범위에서 스펙트럼 형성에 대한 타당한 메커니즘으로 복사압 지배의 충격에서의 복사압 강하가 제안된다.