[논문 리뷰] Understanding the LMXB X2127+119 in M15 I. X-ray eclipses and dips

Z. Ioannou, T. Naylor외 3명|ArXiv.org|2001. 11. 13.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 20인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 M15의 고기울기 LMXB X2127+119에서 RXTE, ASCA 및 재처리된 GINGA 데이터를 사용하여 X선 일식과 니플을 분석하며, 빛의 곡선과 스펙트럼 행동을 설명하기 위해 약 0.8RL1까지 확장되고 수직 두께가 약 60°인 큰 광학 두께의 은하수 중심부(ADC)를 제안한다. 주요 발견은 시스템의 고기울기와 복잡한 X선 변동성은 숨겨진 뉴트로니 스타가 두꺼운 코로나 내에 있을 때 가장 잘 설명되며, 최근 발견된 근처의 소스(M15 X-2)에 의한 오염이 이전의 스펙트럼 이상 현상들을 설명할 수 있다.

ABSTRACT

We present X-ray observations of the high-inclination low-mass X-ray binary system X2127+119 (AC211) in the globular cluster M15 (NGC 7078). The observations consist of data acquired in 1996 with the RXTE satellite and in 1995 with the ASCA satellite. Also, the MPC1 data from the 1988 GINGA observations were de-archived and re-analysed. The phase-folded 2-10 keV hardness ratios from all three missions differ significantly indicating that the system can exhibit different spectral behaviours. We find that the X-ray eclipse profiles can be described relatively well using a simple model where the secondary star passes in front of a large X-ray emitting region. For this we require a mass ratio (q=M1/M2) of about one. The radius of this X-ray emitting region is ~0.8 RL1 and its vertical extent 60 degrees above the orbital plane. We suggest that if this X-ray emitting region were an optically thick corona, it would explain various puzzling aspects of this system. We also show that the X-ray dip observed at phases around 0.65 does not conform with the idea that the dip is caused by vertically extended material associated with the stream/disc impact region, but that it could be due to structure in the inner parts of the disc.

연구 동기 및 목표

• X2127+119의 복잡한 X선 빛의 곡선, 특히 일식과 니플을 고기울기의 복합성질을 띤 별개의 은하수 M15에서 이해하기 위해.
• RXTE, ASCA, GINGA 등 다양한 미션 간의 스펙트럼 행동 불일치, 특히 딱딱함 비율과 스펙트럼 특징의 다름을 해결하기 위해.
• X선 방출 영역의 성격을 조사하고, 뉴트로니 스타가 보이거나 가려져 있는지 확인하기 위해, 1988년 X선 폭발 관측 결과를 고려하여.
• X선 니플이 디스크 구조인지, 또는 스트림-디스크 충돌 물질에 의한 것인지에 대해 표준 모델에 도전하며.
• 최근 발견된 X선 소스(M15 X-2)가 X2127+119의 X선 성질 해석에 미치는 영향 평가하기 위해.

제안 방법

• RXTE 및 ASCA 관측 자료에서 단위 위상별 빛의 곡선을 구성하였으며, GINGA MPC1 데이터를 재분석하여 다양한 미션 간 스펙트럼 행동 비교를 수행하였다.
• X선 일식 프로파일은 보조 항성에 의해 큰 X선 방출 영역이 가려지는 단순 기하학적 모델로 모델링되었으며, 질량 비율 q ≈ 1이 필요하다.
• X선 방출 영역의 반지름은 약 0.8RL1로 제약되었고, 궤도 평면 위 수직 두께는 약 60°로 제약되었다.
• 에너지 의존성 변동성을 분석하기 위해 위상별 X선 스펙트럼 분석을 수행하였으며, 딱딱함 비율과 흡수 특징을 포함하였다.
• 스펙트럼 모델링에는 광전자 흡수 성분을 포함하였고, 블랙바디 성분의 존재 여부를 시험하였으며, 특히 1988년 GINGA 폭발 데이터에 특별한 주의를 기울였다.
• 새로운 가능성으로, 챈더에 의해 발견된 두 번째 X선 소스(M15 X-2)의 오염이 스펙트럼 이상 현상과 뉴트로니 스타가 보이지 않는 것으로 보이는 현상을 설명할 수 있을 것이라 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X2127+119에서 위상 약 0.65에서 관측된 X선 니플은 무엇으로 인해 발생하는가? 표준 모델의 스트림-디스크 충돌 물질에 의한 것과 일치하지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ2 왜 RXTE, ASCA, GINGA 관측에서의 딱딱함 비율이 크게 다를까? 이는 시스템의 상태 변화를 암시하는가?
• RQ3 X2127+119의 뉴트로니 스타는 보이거나, 두꺼운 코로나 또는 외부 오염에 의해 가려져 있는가?
• RQ4 큰 단일 X선 방출 영역으로 X선 일식 프로파일을 설명할 수 있는가? 필요한 물리적 치수는 무엇인가?
• RQ5 두 번째 X선 소스(M15 X-2)의 존재가 X2127+119의 X선 빛의 곡선과 스펙트럼 성질 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• X선 일식 프로파일은 반지름 약 0.8RL1, 궤도 평면 위 수직 두께 약 60°인 큰 X선 방출 영역으로 가장 잘 설명되며, 질량 비율 q ≈ 1이 필요하다.
• 이 시스템은 높은 내재 질량 이송률을 가지며, 긴 궤도 주기와 큰 은하수 중심부(ADC)를 유지하기 위한 요구 조건과 일치한다.
• 위상 약 0.65에서의 X선 니플은 스트림-디스크 충돌 영역의 수직으로 연장된 물질로 설명될 수 없으며, 이는 내부 디스크의 구조에서 기인할 가능성이 높다.
• 주일식 기간 동안의 스펙트럼은 강한 조절 가능한 광전자 흡수와 2–4 keV 범위에서 이상한 '두드러짐'과 '우물'을 보이며, 표준 모델로는 잘 설명되지 않는다.
• 강한 블랙바디 성분의 부재와 빠른 준주기 진동의 부재는 뉴트로니 스타가 보이지 않는다는 것을 시사하며, 광학 두께의 코로나에 의해 가려져 있을 가능성이 있다.
• 챈더에 의해 M15 X-2가 발견됨에 따라, 이 소스의 오염이 스펙트럼 이상 현상과 X2127+119 스펙트럼에서 뉴트로니 스타가 보이지 않는 것으로 보이는 현상을 설명할 수 있을 것이라 추정된다.