[논문 리뷰] The X-ray binary 2S0114+650=LSI+65 010:A slow pulsar or tidally-induced pulsations?

Gloria Koenigsberger, Л. Георгиев외 4명|ArXiv.org|2006. 08. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 18인용 수 17

한 줄 요약

논문은 이진계 2S0114+650=LSI+65 010에서 tidal 상호작용이 B-초거성 항성의 진동을 유도하고, 이로 인해 구조화된 항성 바람이 형성되며, 이 바람이 밀도 변화를 일으켜 중성자별로의 낙착을 조절함으로써 관측된 2.7시간 X선 플레어와 30.7일 초궤도 조절을 설명한다. 이 tidal-유도 바람 모델은 자석성자 기원설을 약화시키며, 중성자별의 자전 감쇠 시나리오에 대한 대안을 제시한다.

ABSTRACT

The X-ray source 2S0114+650=LSI+65 010 is a binary system containing a B-type primary and a low mass companion believed to be a neutron star. The system has three reported periodicities: the orbital period, P{orb}~11.6 d, X-ray flaring with P{flare}~2.7 hr, and a "superorbital" X-ray periodicity P{super}~30.7 d. The objective of this paper is to show that the puzzling periodicities in the system may be explained in the context of scenarios in which tidal interactions drive oscillations in the B-supergiant star. We calculate the solution of the equations of motion for one layer of small surface elements distributed along the equator of the star, as they respond to the forces due to gas pressure, centrifugal, coriolis, viscous forces, and the gravitational forces of both stars. This calculation provides variability timescales that can be compared with the observations. In addition, we use observational data obtained at the Observatorio Astronómico Nacional en San Pedro Mártir (OAN/SPM) between 1993-2004 to determine which of the periodicities may be present in the optical region. We suggest that the tidal oscillations lead to a structured stellar wind which, when fed to the neutron star, produces the X-ray modulations. The connection between the stellar oscillations and the modulation of the mass ejection may lie in the shear energy dissipation generated by the tangential motions that are produced by the tidal interaction, particularly in the tidal bulge region. The tidal oscillation scenario weakens the case for 2S0114+650 containing a magnetar descendent.

연구 동기 및 목표

• 이진계 2S0114+650에서 중성자별과 B-초거성 간의 tidal 상호작용이 자석성자 가정 없이도 관측된 X선 주기성을 설명할 수 있는지 조사하기.
• B-초거성 항성의 진동이 중성자별로의 낙착을 조절하는 구조화된 항성 바람을 생성할 수 있는지 확인하기.
• 2.7시간 X선 플레어와 30.7일 초궤도 변동성이 tidal 유도 진동과 바람의 비균일성에 기인하는지 평가하기.
• 접선 운동에 의한 난류 에너지 소산과 반경 방향 진동이 항성 바람 내의 밀도 변화를 유도하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기.
• 광학선형 프로파일의 변동성이 전반적인 항성 진동이 아닌 국소적 바람 구조를 반영하는지 테스트하기.

제안 방법

• 중성자별 주변 B-초거성 표면 요소의 운동 방정식을 중력, 압력, 코리olis, 점성 및 관성력 항을 포함하여 풀기.
• 원형 및 타원형 궤도 구형에서의 tidal 진동을 모델링하여 변동성 시간 상수를 예측하기.
• 1993–2004년 기간 동안 OAN/SPM에서 확보한 관측 광학 데이터를 활용해 He I 5875 Å 선 및 기타 스펙트럼 특징의 주기성 탐색하기.
• Tidal 에너지 소산률과 표면 활동 간의 관계 분석, 특히 근점과 원점 근처에서의 변화 평가하기.
• 예측된 바람 비균일성과 관측된 X선 및 광학 변동성 간의 일치성 평가하기.
• 표면층에서의 tidal 편열에 의해 자기장 생성 가능성을 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B-초거성과 중성자별을 포함한 이진계에서 tidal 상호작용이 X선 플레어에서 관측된 2.7시간 주기의 진동을 유도할 수 있는가?
• RQ2 Tidal 힘이 고밀도 및 저밀도 영역가 번갈아가며 형성되는 구조화된 항성 바람을 어떻게 생성하는가?
• RQ3 접선 운동에 의한 난류 에너지 소산이 비균일한 바람 구조 형성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 X선에서는 관측되는 2.7시간 주기성에도 불구하고 He I 5875 Å 선형에서의 변동성이 약한 이유는 무엇인가?
• RQ5 30.7일 초궤도 조절은 원형 궤도에서의 tidal 진동으로 설명될 수 있는가, 아니면 왜소된 낙착 디스크가 필요한가?

주요 결과

• Tidal 상호작용 모델은 원형 궤도에서 초궤도 주기를 예측하고, 타원형 궤도에서는 강한 궤도 단계 변동성을 유도하며, 이는 관측된 X선 조절과 일치한다.
• 모델은 약 2시간의 진동 주기를 재현하며, 이는 관측된 2.7시간 X선 플레어 주기와 정확히 일치한다.
• 광학 데이터는 He I 5875 Å 선에서 약 2시간 주기의 변동성을 보이며, 국소적 바람 비균일성이 존재함을 지지한다.
• 선형 프로파일의 변동성이 tidal 모델 예측을 초과하며, 이는 광학적 흡수에 더해 항성 바람으로부터 기인한 추가적인 변동성 발산이 있음을 시사한다.
• 광학 선형 프로파일에 강한 궤도 단계 의존성이 없어, 타원형 궤도의 가능성은 약화되고, 초궤도 조절이 있는 원형 궤도가 더 유력하다.
• 모델은 X선 방출이 중성자별로의 낙착 외에도 B-초거성 표면층에서 tidal 에너지 소산에 의해 발생할 수 있음을 시사하며, 모든 X선 방출이 중성자별로의 낙착에서 유래한다는 가정을 도전한다.