[논문 리뷰] The ultraluminous X-ray source NGC 1313 X-2 - Its optical counterpart and environment

Fabien Grisé, M. W. Pakull외 5명|ArXiv.org|2008. 05. 26.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 76인용 수 40

한 줄 요약

이 연구는 허블과 비s티엘의 광도 측정을 사용하여 초광명 엑스선 소스 NGC 1313 X-2를 재분석하여, 그 적외선 대응체가 약 2000만 년 된 저질량 성간 별 집합체에 있는 파란 별임을 밝혀냈다. 저자들은 타원형 조절과 일치하지 않는 짧은 시간 스케일 광학적 변동성(~0.2 mag)을 발견하여 강력한 디스크 기여를 시사한다. 이는 이전의 질량 추정치가 HST/ACS와 존슨-쿠오신 이소클론을 일관되지 않게 사용함으로써 과대평가되었고, 기여성 별의 상한 질량이 12 M☉로 재조정되었으며, 중간 질량 블랙홀이 아닌 별질량 블랙홀을 지지한다.

ABSTRACT

NGC 1313 X-2 is one of the brightest ultraluminous X-ray sources in the sky, at both X-ray and optical wavelengths; therefore, quite a few studies of available ESO VLT and HST data have appeared in the literature. Here, we present our analysis of VLT/FORS1 and HST/ACS photometric data, confirming the identification of the B ~ 23 mag blue optical counterpart. We show that the system is part of a poor cluster with an age of 20 Myr, leading to an upper mass limit of some 12 M_sun for the mass donor. We attribute the different results with respect to earlier studies to the use of isochrones in the F435W and F555W HST/ACS photometric system that appear to be incompatible with the corresponding Johnson B and V isochrones. The counterpart exhibits significant photometric variability of about 0.2 mag amplitude, both between the two HST observations and during the one month of monitoring with the VLT. This includes variability within one night and suggests that the light is dominated by the accretion disk in the system and not by the mass donor.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 광도 측정을 사용하여 초광명 엑스선 소스 NGC 1313 X-2의 적외선 대응체와 성간 환경을 재평가한다.
• 특히 다양한 광도 측정 시스템 사용에 따른 기여성 별의 이전 질량 및 연령 추정치의 괴리 문제를 해결한다.
• 대응체의 광학적 변동성의 기원을 조사하고, 이는 디스크에 의해 주도되는지 기여성 별에 의해 주도되는지 규명한다.
• 기여성 별의 환경과 성간 집단 파rameter를 바탕으로 NGC 1313 X-2가 중간 질량 블랙홀을 포함하고 있는지 여부를 평가한다.
• 젊은 성간 집합체에서 연령과 질량 추정에 있어 HST/ACS와 존슨-쿠오신 이소클론의 신뢰성 평가

제안 방법

• HST/ACS의 F435W, F555W, F814W 필터를 사용하여 광도 측정 데이터를 확보하고 분석하였다.
• 한 달간의 모니터링 기간 동안 VLT/FORS1에서 확보한 광학적 광도 측정 데이터를 수집하고 처리하였다.
• 관측된 색-등급도도(HST/ACS VEGAMAG 및 존슨-쿠오신 시스템)를 패두아 이소클론과 비교하였다.
• 서로 다른 시스템 간 비교를 위해 Sirianni 등(2005)의 변환식을 적용하여 HST/ACS magnitude를 존슨-쿠오신 시스템으로 변환하였다.
• 여러 차례의 HST 및 VLT 관측을 비교하여 광학적 변동성의 유의성을 평가하였으며, 야간 모니터링도 포함하였다.
• 광도 및 이소클론 피팅 결과로부터 주변 젊은 성간 집합체의 총 성간 질량을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 1313 X-2의 진정한 연령과 질량은 무엇이며, 다양한 광도 측정 시스템은 이러한 추정치에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 관측된 짧은 시간 스케일 광학적 변동성(~0.2 mag, 시간대에서 일 단위 스케일)의 원인은 무엇이며, 이는 디스크에서 기인하는가, 기여성 별에서 기인하는가?
• RQ3 이전 연구들이 이 연구보다 더 높은 기여성 별 질량을 보고한 이유는 무엇이며, 이 괴리는 다양한 광도 측정 시스템에서 이소클론을 일관되지 않게 사용함으로써 발생한 것인가?
• RQ4 NGC 1313 X-2는 슈퍼스타 클러스터에 위치해 있으며, 그 환경은 그의 밀집 천체 형성 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 관측된 변동성이 타원형 변동성과 같은 주기적 신호를 가리킬 수 있으며, 이는 이진 궤도 주기 탐지에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• NGC 1313 X-2의 적외선 대응체는 B형 별로, 시등급 B ~ 23 mag이며, 약 2000만 년 된 젊은 성간 별 집합체에 위치해 있다.
• 이 시스템은 총 질량이 10⁴ M☉ 미만인 열악한 성간 별 집합체에 포함되어 있어, 슈퍼스타 클러스터에서의 빠른 융합에 의한 형성 가능성은 배제된다.
• 기여성 별의 질량은 보다 신뢰할 수 있는 존슨-쿠오신 이소클론을 사용함으로써 12 M☉ 이하로 제한된다.
• 광학적 빛의 변화곡선은 시간 단위에서 일 단위 스케일로 최대 0.2 mag의 현저한 변동성을 보이며, 주기성이 검출되지 않아 디스크가 광학적 복사에 지배적임을 시사한다.
• 이 연구와 이전 연구(예: Liu 등 2007) 사이의 연령 및 질량 추정치 괴리는 HST/ACS와 존슨-쿠오신 이소클론을 일관되지 않게 사용함으로써 발생하였으며, Sirianni 등(2005)의 방정식을 통해 변환된 존슨-쿠오신 이소클론이 더 신뢰할 수 있다.
• 관측된 변동성과 주기성 부재는 광학적 빛이 주기적 타원형 변동이 아닌 확률적 디스크 복사 또는 X선 재처리에 의해 지배된다는 것을 시사하며, 이는 광도 측정을 통한 궤도 주기 탐지에 어려움을 초래한다.