[논문 리뷰] ULX-1 in NGC5907: how bright can an accreting pulsar shine?

G. L. Israel, A. Belfiore외 21명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 23.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 NGC5907의 ULX-1이 중성자별로, 중성자별의 에드링턴 한계의 1000배 이상 초과하는 광도로 물질을 붙들고 있으며, 2003년에서 2014년 사이에 스핀 주기가 1.43 s에서 1.13 s로 감소함을 규명한다. 표준 순환 모델로는 설명할 수 없는 극도의 광도이지만, 강한 다극자기장에 의해 설명 가능하며, 이는 다른 극한 ULX도 블랙홀이 아닌 중성자별을 포함할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Ultraluminous x-ray sources (ULXs) in nearby galaxies shine brighter than any X-ray source in our Galaxy. ULXs are usually modeled as stellar-mass black holes (BHs) accreting at very high rates or intermediate-mass BHs. We present observations showing that NGC5907 ULX is instead an x-ray accreting neutron star (NS) with a spin period evolving from 1.43~s in 2003 to 1.13~s in 2014. It has an isotropic peak luminosity of about 1000 times the Eddington limit for a NS at 17.1~Mpc. Standard accretion models fail to explain its luminosity, even assuming beamed emission, but a strong multipolar magnetic field can describe its properties. These findings suggest that other extreme ULXs (x-ray luminosity > 10^{41} erg/s) might harbor NSs.

연구 동기 및 목표

• NGC5907의 ULX-1의 본질, 즉 중성자별인지 블랙홀인지 규명하는 것.
• 중성자별의 에드링턴 한계를 초월하는 극도의 X선 광도를 가능하게 하는 메커니즘을 조사하는 것.
• 표준 순환 모델이 관측된 광도와 스핀 진화를 설명할 수 있는지 평가하는 것.
• 자기장이 중성자별 시스템에서 초에드링턴 광도를 가능하게 하는 데서 수행하는 역할을 평가하는 것.
• 근접한 은하들 내 극한 ULX의 집단에 대한 함의를 탐색하는 것.

제안 방법

• 2003년에서 2014년 사이의 X선 관측 데이터 분석을 통해 ULX-1의 스핀 주기 변화 추적.
• 17.1 Mpc의 거리 모듈러스와 복사계측값을 이용한 등방광도 최대치 추정.
• 중성자별에 대한 이론적 에드링턴 한계와 관측된 광도 비교.
• 비추출 효과를 고려한 표준 순환 모델 평가를 통해 광도 설명 능력 평가.
• 관측된 광도와 스핀 진화를 설명하기 위해 강한 다극자기장 모델링.
• 유도된 물리적 제약 기반으로 다른 극한 ULX에 대한 함의 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 순환 모델이 NGC5907의 ULX-1의 등방광도를 설명할 수 있는가?
• RQ2 스핀 진화와 광도에 기반해 ULX-1의 본질은 중성자별인지 블랙홀인지 무엇인가?
• RQ3 ULX-1에서 관측된 초에드링턴 광도를 설명하기 위해 강한 다극자기장이 필수적인가?
• RQ4 비추출 방출만으로 ULX-1의 관측 광도가 어느 정도 설명되는가?
• RQ5 광도가 10^41 erg/s를 초과하는 다른 극한 ULX는 블랙홀 대신 중성자별을 포함할 가능성이 있는가?

주요 결과

• NGC5907의 ULX-1은 2003년 1.43 s에서 2014년 1.13 s로 감소한 스핀 주기를 보이며, 물질 붙들이에 의한 스핀 증가를 나타낸다.
• 이 소스는 중성자별의 에드링턴 한계의 약 1000배에 해당하는 등방광도 최대치에 도달한다.
• 표준 순환 모델은 비추출 효과를 고려하더라도 광도를 설명하지 못한다.
• 관측된 광도와 스핀 진화를 설명하기 위해 강한 다극자기장이 필요하다.
• 이러한 결과는 광도가 10^41 erg/s를 초과하는 다른 극한 ULX도 중성자별을 포함할 수 있음을 시사한다.
• ULX-1은 특정 자기 조건 하에서 중성자별이 초에드링턴 속도로 물질을 붙들 수 있음을 뒷받침한다.