[논문 리뷰] WRAY 977 (GX301-2): A HYPERGIANT WITH PULSAR COMPANION

L. Kaper, Hjglm Lamers외 3명|arXiv (Cornell University)|1995. 03. 01.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 Wray 977을 zeta1 Sco와의 스펙트럼 비교를 통해 B1 Ia+ 초거성으로 재분류하며, 거리 재측정으로 5.3 kpc로 수정하고, 밀도가 높고 느린 항성 바람(v_infty = 400 km/s)으로부터의 풍압 수축 모델과 일관되며 약 10^37 erg/s 수준의 높은 X선 복사원도를 유도한다. Wray 977의 재측정된 질량 추정치 ≥48 M☉는 이진계에서 블랙홀 형성의 경험적 하한선을 ≥50 M☉로 상향조정한다.

ABSTRACT

Wray 977, the B supergiant companion of the X-ray pulsar GX301-2, should be classified as B1~Ia+, based on a comparison of its optical spectrum to that of zeta1 Sco, a well-known B hypergiant and ONE OF THE BRIGHTEST STARS IN THE GALAXY. The classification of Wray 977 as a hypergiant results in a new distance determination of the binary system, i.e. 5.3 kpc (previously 1.8 +/- 0.4 kpc). The ``average'' X-ray luminosity of the pulsar is then ~10^37 erg/s, in good agreement with the predicted X-ray luminosity resulting from accretion of a dense, low-velocity (v_infty = 400 km/s) stellar wind. A mass-loss rate of <= 10^-5 M_sun/yr is estimated from the Halpha profile. A new upper limit for the inclination of the system is derived which provides a lower limit to the (present) mass of Wray 977 (48 M_sun). Regarding current binary evolution scenarios, the empirical lower mass limit for BLACK-HOLE formation in a binary increases to M_zams >= 50 M_sun.

연구 동기 및 목표

• Wray 977의 스펙트럼 분류를 재평가하여 진정한 광도 계급을 규명한다.
• 수정된 광도 계급을 바탕으로 GX301-2 이진계까지의 거리를 재평가한다.
• 새로운 거리와 수축 모델을 기반으로 펄서의 X선 복사원도를 재계산한다.
• Halpha 프로파일을 통해 Wray 977의 질량 손실률을 추정한다.
• 오비트 기울기의 상한선을 유도함으로써 Wray 977의 질량 하한선을 도출한다.
• 수정된 질량 추정치에 기반해 이진계에서 블랙홀 형성 임계값이 어떻게 영향을 받는지 평가한다.

제안 방법

• Wray 977의 광학 스펙트럼을 잘 알려진 B 초거성인 zeta1 Sco와 비교하여 광도 계급을 할당한다.
• 수정된 광도 계급을 이용해 새로운 거리 추정치 5.3 kpc를 산정하며, 이는 이전의 1.8 ± 0.4 kpc 추정치를 대체한다.
• 새로운 거리와 관측된 X선 유속을 기반으로 펄서의 평균 X선 복사원도를 계산한다.
• 밀도가 높고 느린 바람(v_infty = 400 km/s)을 가정하여 Halpha 프로파일을 모델링함으로써 Wray 977의 질량 손실률을 추정한다.
• 관측된 X선 변조와 기하학적 특성에서 시스템의 기울기 각도 상한선을 도출한다.
• 기울기 상한선을 이용해, 구형 대칭과 바람 수축을 가정할 때 Wray 977의 현재 질량에 대한 하한선을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Wray 977는 B 초거성으로 올바르게 분류되어 있는가, 아니면 그 스펙트럼이 초거성 광도 계급을 시사하는가?
• RQ2 5.3 kpc로 수정된 거리는 펄서 GX301-2의 추정 X선 복사원도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 Halpha 방출 프로파일에서 유도된 Wray 977의 질량 손실률은 얼마인가?
• RQ4 이진계의 허용 가능한 최대 기울기 각도는 얼마이며, 이는 Wray 977의 질량에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 수정된 질량 추정치는 이진계에서 블랙홀 형성 임계값에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Wray 977는 zeta1 Sco와의 스펙트럼 비교를 통해 B1 Ia+ 초거성으로 재분류된다.
• GX301-2 시스템까지의 거리는 5.3 kpc로 재측정되었으며, 이는 이전 추정치인 1.8 ± 0.4 kpc보다 현저히 크다.
• 펄서의 평균 X선 복사원도는 약 ~10^37 erg/s로 추정되며, 이는 밀도가 높고 느린 항성 바람(v_infty = 400 km/s)으로부터의 수축 모델과 일관된다.
• Halpha 프로파일을 통해 Wray 977의 질량 손실률는 ≤10^-5 M☉/yr 이하로 제약된다.
• 시스템의 기울기 각도에 대한 새로운 상한선이 도출되었으며, 이에 따라 Wray 977의 현재 질량에 대한 하한선 48 M☉가 산정된다.
• 수정된 질량 추정치에 기반해 이진계에서 블랙홀 형성의 경험적 하한선은 M_zams ≥ 50 M☉로 상향조정된다.