[논문 리뷰] Ginga observations of Cygnus X-2

R. Wijnands, M. van der Klis외 3명|arXiv (Cornell University)|1997. 04. 23.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 저질량 X선 이중성 Cygnus X-2에서 4년간의 Ginga X선 데이터를 분석하여 Z궤적에서 강도에 따라 변하는 변동성 패턴을 규명한다. 이는 빠른 X선 변동성, 즉 준주기 진동(QPOs)과 매우 낮은 주파수의 소음이 총 강도 수준에 따라 크게 변화함을 보여주며, 이는 진동하는 디스크 모델에 도전하고, 등자위에서 자기장 강도를 ≤8.5×10⁹ G 이하로 제한한다.

ABSTRACT

We analysed all X-ray data on the low-mass X-ray binary Cygnus X-2 obtained with Ginga. The analysis of the spectral and fast timing behaviour of these 4 years of data provides new insights in the behaviour of this Z source. We confirm the previously observed recurrent patterns of behaviour in the X-ray colour-colour and hardness-intensity diagrams (HIDs) consisting of shifts and shape changes in the Z track. The source behaviour is correlated with overall intensity. When the overall intensity increases, the mean velocity of the motion along the normal branch (NB) of the Z track increase, as well as the width of the NB in the HID. Contrary to previous results we find that, during different observations, when the source is at the same position in the NB of the Z track the rapid X-ray variability differs significantly. During the Kuulkers et al. (1996) ``medium'' level, a normal branch quasi-periodic oscillation (QPO) is detected, which is not seen during the ``high'' overall intensity level. During the high overall intensity level episodes the very-low frequency noise on the lower NB is very strong, whereas during the medium overall intensity level episodes this noise component at the same position in the Z track is much weaker. The explanation of the different overall intensity levels with a precessing accretion disk is difficult to reconcile with our data. Furthermore, the frequency of the horizontal branch QPO decreases when Cyg X-2 enters the upper NB, giving a model dependent upper limit on the magnetic field strength at the magnetic equator of ~8.5x10^9 G. We also report 5 bursts, with durations of ~5 s, whose occurrence are uncorrelated with location in the Z track, overall intensity level or orbital phase. The burst properties indicate that they are not regular type I bursts.

연구 동기 및 목표

• Cygnus X-2의 스펙트럼 및 타이밍 행동을 4년간의 Ginga 관측 데이터를 통해 이해하기.
• 소스 강도, Z궤적 형태, 빠른 X선 변동성 간의 상관관계를 조사하기.
• 관측된 변동성 패턴에 대해 진동하는 적집 디스크 모델을 시험하기.
• Z궤적을 따라 QPO 주파수 변화를 이용해 Cygnus X-2의 자기장 강도를 제약하기.

제안 방법

• Cygnus X-2에서 4년간 수집된 모든 Ginga X선 데이터 분석.
• 경도-강도도(HIDs) 및 색-색도를 구성하여 소스 상태 전이를 추적하기.
• 다양한 강도 수준에서 준주기 진동(QPOs)과 매우 낮은 주파수의 소음을 식별하고 특성화하기.
• 고강도 상태와 중강도 상태에서 동일한 정상지점(NB)에서 QPO 행동 비교하기.
• 상부 정상지점에서 QPO 주파수 변화를 이용해 자기장 강도의 상한선 도출하기.
• 폭발 탐지 및 분석을 통해 Z궤적 위치, 강도 또는 궤도 위상과의 상관관계 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Cygnus X-2의 빠른 X선 변동성은 총 소스 강도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 왜 정상지점 QPO는 중강도 상태에서는 감지되지만 고강도 상태에서는 감지되지 않는가?
• RQ3 관측된 변동성 패턴은 진동하는 적집 디스크 모델로 설명될 수 있는가?
• RQ4 QPO 주파수 변화를 바탕으로 Cygnus X-2의 자기장 강도에 대해 어떤 상한선을 설정할 수 있는가?
• RQ5 관측된 5초 간격의 폭발은 정규적인 타입 I X선 폭발인가, 그리고 Z궤적 위치 또는 궤도 위상과 상관관계가 있는가?

주요 결과

• Z궤적의 정상지점(NB)을 따라 움직이는 평균 속도는 총 소스 강도가 높을수록 증가한다.
• 경도-강도도에서 정상지점의 너비는 강도 수준이 높을수록 넓어진다.
• 중강도 상태에서 정상지점 준주기 진동(QPO)이 감지되었지만, 고강도 상태에서는 감지되지 않았다.
• 하부 정상지점에서의 매우 낮은 주파수의 소음은 동일한 Z궤적 위치에서 고강도 기간 동안 중강도 기간보다 현저히 강하다.
• Cygnus X-2가 상부 정상지점으로 이동함에 따라 수평지점 QPO 주파수가 감소하여, 자기장 강도의 상한선 ~8.5×10⁹ G를 등자위에서 도출할 수 있었다.
• 5개의 5초 간격 폭발이 감지되었으며, Z궤적 위치, 강도 수준 또는 궤도 위상과의 상관관계가 없었고, 이는 정규적인 타입 I 폭발이 아님을 시사한다.