[논문 리뷰] Broadband spectral analysis of MXB 1659-298 in its soft and hard state

S. M. Mazzola, R. Iaria외 7명|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 26.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 63인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 1999년과 2015년 분출 기간 동안 XMM-Newton, NuSTAR 및 Swift 자료를 사용하여 중성자별 저질량 X선 이중성 MXB 1659-298의 부드러운 상태와 딱딱한 상태에서 광대역 X선 스펙트럼 분석을 수행한다. 두 상태 모두 상대론적 흐트러짐 반사 성분, 콜먼-편산 연속 스펙트럼, 이온화된 흡수를 필요로 하며, 부드러운 상태는 디스크-블랙보디와 콜먼-편산 성분(kTe ≈ 2.01 keV)을 특징으로 하고, 딱딱한 상태는 고온의 콜먼-편산 성분(kTe > 150 keV)을 보이며, 이는 밀도 높은 코로나와 액cretion 디스크 반사에서 강한 상대론적 효과를 나타낸다.

ABSTRACT

The X-ray transient eclipsing source MXB 1659-298 went in outburst in 1999 and 2015, respectively, during which it was observed by XMM-Newton, NuSTAR and Swift. Using these observations we studied the broadband spectrum of the source to constrain the continuum components and to verify the presence of a reflection component. We analysed the soft and hard state of the source, finding that the soft state can be modelled with a thermal component associated with the inner accretion disc plus a Comptonised component. A smeared reflection component and the presence of an ionised absorber are also requested in the best-fit model. On the other hand, the direct continuum emission in the hard state can be described by a Comptonised component with a temperature larger than 150 keV. Also in this case a reflection component and a ionised absorber are observed.

연구 동기 및 목표

• MXB 1659-298의 서로 다른 X선 상태에서 연속 스펙트럼과 반사 성분을 이해한다.
• 광대역 X선 자료를 이용해 액cretion 디스크와 코로나의 물리적 조건을 제약한다.
• 소스 내 이온화된 흡수와 상대론적 반사의 존재 및 특성을 조사한다.
• 스펙트럼 피팅을 통해 콜먼-편산 매질의 기하학적 구조와 광학 두께를 규명한다.
• 두 스펙트럼 상태에서 Fe-K 에너지선의 형태를 결정하는 데 상대론적 흐트러짐의 역할을 평가한다.

제안 방법

• 1999년과 2015년 분출 기간 동안 XMM-Newton(EPN, RGS), NuSTAR 및 Swift/XRT 관측에서의 지속적 복사 스펙트럼을 통합한다.
• 디스크-블랙보디 복사에 대해 diskbb, 열적 콜먼-편산에 대해 nthComp, 상대론적 흐트러짐 반사에 대해 rxfconv를 포함한 XSPEC 모델을 사용한다.
• zxipcf를 적용하여 변동 가능한 광학 두께와 이온화 매개변수를 가진 부분 커버리지 이온화 흡수를 모델링한다.
• 이전의 일식 시간 측정 연구에 기반해 적색편이 z = 0, 태양계 철 농도, 기울기 각도 θ = 72°를 고정한다.
• rdblur를 사용해 에미시비티의 비율 법칙을 가진 상대론적 흐트러짐 반사 성분을 모델링한다.
• 부드러운 상태에서는 에너지 대역 0.4–2 keV(RGS), 0.6–12 keV(EPN), 3–35 keV(NuSTAR), 0.5–9 keV(Swift)에서, 딱딱한 상태에서는 0.45–2 keV, 0.6–12 keV, 3–55 keV에서 χ² 최소화를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MXB 1659-298의 부드러운 상태와 딱딱한 상태에서 연속 스펙트럼의 성격은 무엇인가?
• RQ2 상대론적 반사와 이온화된 흡수의 영향이 두 스펙트럼 상태의 X선 스펙트럼에 어떻게 작용하는가?
• RQ3 부드러운 상태와 딱딱한 상태에서 콜먼-편산 매질의 광학 두께와 온도는 무엇인가?
• RQ4 Fe-K 선 프로파일과 반사 정규화는 코로나와 액cretion 디스크의 기하학적 구조에 어떤 제약을 둔다?
• RQ5 두 상태 간에 흡수 물질의 이온화 매개변수와 열량 농도는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 부드러운 상태 스펙트럼은 내부 온도 0.27 ± 0.02 keV, 내부 디스크 반지름 50⁺⁵₋₁₀ km(R_in√cosθ)인 디스크-블랙보디 성분이 필요하다.
• 부드러운 상태는 전자 온도 2.01 ± 0.04 keV, 광자 지수 1.70 ± 0.02를 가진 콜먼-편산 성분을 특징으로 한다.
• 두 스펙트럼 상태 모두 상대론적 흐트러짐 반사 성분이 필요하며, 부드러운 상태에서는 반사 정규화 0.30 ± 0.08, 딱딱한 상태에서는 0.48 ± 0.06이다.
• 딱딱한 상태는 kTe > 150 keV의 고온 콜먼-편산 성분을 보이며, 이는 밀도 높고 뜨거운 코로나를 나타낸다.
• 이온화 매개변수 log ξ는 부드러운 상태에서 2.72⁺⁰.⁰⁷₋₀.¹⁰, 딱딱한 상태에서 1.99⁺⁰.⁰⁴₋₀.¹¹이며, 이는 부드러운 상태에서 더 높은 이온화 상태임을 나타낸다.
• 부드러운 상태에서는 콜먼-편산 매질의 광학 두께가 8 < τ < 16로 추정되며, 이는 광학적으로 두꺼운 상태이다. 반면 딱딱한 상태에서는 τ < 0.7로 추정되어 광학적으로 얕은 상태이며, 스펙트럼 경향과 일치한다.