[論文レビュー] Millenium Year X-ray Transients in Andromeda Galaxy

S. Trudolyubov, K. Borozdin+1 more|CERN Bulletin|Aug 29, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 13被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、2000年のチャンドラおよびXMM-ニュートン観測を用いて、アンドロメダ銀河（M31）の中心部に位置する3つのX線遷移源を同定・特徴付けた。変動性およびスペクトル的挙動に顕著な差が認められ、XMMU J004234.1+411808はM31における最初の恒星質量ブラックホール候補と提案された。CXO J004242.0+411608は、通常は短時間で終わるが、極めて長期間にわたり安定した硬X線遷移源とされ、XMMU J004319.4+411759は磁化された白色矮星によって駆動される可能性の高いスーパーソフト遷移源とされた。M31の中心バルジにおける遷移源の出力率は、年間約10件と推定された。

ABSTRACT

We study three transient X-ray sources, that were bright in the central region of M31 galaxy in the year 2000. Observations with Chandra and XMM-Newton allowed us for the first time in the history of X-ray astronomy, to build light curves of transient sources in M31 suitable for studying their variability on a time scale of months and, in some periods, weeks. The three sources demonstrate distinctly different types of X-ray variability and spectral evolution. XMMU J004234.1+411808 is most likely a black hole candidate based on the similarity of its X-ray light curve and spectra to typical transient low-mass X-ray binaries observed in our Galaxy. The outburst of CXO J004242.0+411608 lasted longer than a year, which makes the source an unusual X-ray transient. The supersoft transient XMMU J004319.4+ 411759 is probably a classical nova-like system containing a magnetized, rapidly-spinning white dwarf. We estimate a total rate of X-ray transient outbursts in the central bulge of M31 to be of the order ~10 per year. The rate of the hard X-ray transients (~5 1/year) in the central part of the Andromeda Galaxy appears to be comparable to that of the central part of our own Galaxy.

研究の動機と目的

• 高分解能X線観測を用いて、アンドロメダ銀河（M31）の中心領域に存在するX線遷移源を同定・特徴付けること。
• X線光曲線、スペクトル的進化、変動時間スケールの分析を通じて、M31における遷移X線源の性質を特定すること。
• M31の中心バルジにおけるX線遷移源の出力率を推定し、銀河中心部におけるその値と比較すること。
• M31のX線遷移源と、特にスペクトル的および変動的性質の観点から、ミルキーウェイ銀河のそれらと比較し、類似点と相違点を調査すること。

提案手法

• 1999年10月から2000年7月までのアーカイブChandra ACISおよびHRC観測データを分析し、M31中心領域の7つのACIS観測および7つのHRC観測をカバーした。
• CIAO v2.1.2およびSAS v5.01を用いてデータ処理を行い、0.3–7 keVのエネルギーフィルタを適用したウェーブレットの逆畳み込みを用いて点源を検出し、局所化した。
• 3–6角秒の半径の円形領域を用いて源のフラックスを抽出し、周囲の源が存在しない領域からバックグラウンドを取得した。カウントレートをPIMMSおよびスペクトルフィットを用いてエネルギーフラックスに変換した。
• 硬X線源のスペクトルには吸収されたパワーレイトモデルを、スーパーソフト源のスペクトルには吸収された黒体モデルを用い、XSPEC v11でフィットした。
• ChandraおよびXMM-ニュートン（EPIC-MOS1/MOS2）データを統合し、独立した正規化を用いて同時にスペクトルフィットを行い、0.3–7 keV（スーパーソフト源では0.3–1.5 keV）のエネルギー範囲に焦点を当てた。
• 光曲線およびスペクトル的進化を用いて遷移源を分類し、ブラックホールまたは白色矮星の降着モデルに基づく連星系の性質を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31中心部に存在する遷移源のX線光曲線およびスペクトル的進化の特徴は何か？
• RQ2 X線変動性およびスペクトル的性質から、遷移源の性質（例：ブラックホール対白色矮星）を特定できるか？
• RQ3 M31の中心バルジにおけるX線遷移源の出力率は推定されるか？また、その値はミルキーウェイ銀河の中心部と比較してどうなるか？
• RQ4 M31の遷移源の観測された性質は、ブラックホール候補やスーパーソフト源など、既知の銀河系X線遷移源クラスとどのように類似または相違するか？
• RQ5 XMMU J004234.1+411808がM31における恒星質量ブラックホール候補とされる根拠は何か？

主な発見

• XMMU J004234.1+411808は、急上昇・指数的減衰（FRED）型の光曲線と、硬いパワーレイトスペクトルを示し、銀河系ブラックホール候補と一致する。これはM31で同定された最初の同様の候補である。
• CXO J004242.0+411608は、1年を超える期間にわたり非常に安定したX線輝度とスペクトル形状を示し、光子指数α ≈ 1.5–1.6であった。これは、GRS 1716-249に類似した長期間にわたる硬X線遷移源であることを示している。
• XMMU J004319.4+411759は、ブラックボディ温度が約60 eV、吸収係数が約1.4×10²¹ cm⁻²のスーパーソフト遷移源であり、磁化された急速に回転する白色矮星を伴う古典的新星である可能性が高い。
• M31の中心バルジにおける遷移源の出力率は、年間約10件と推定され、そのうち約5件が硬X線遷移源である。これは、ミルキーウェイ銀河中心部で観測された年間約4件の値と同程度である。
• 3つの遷移源のスペクトル的および変動的性質は、それぞれ異なる進化段階を示している：ブラックホール候補、長期間持続する硬X線遷移源、および新星様のスーパーソフト系。
• M31とミルキーウェイの両方で遷移源の発生率が類似していることから、両銀河の星の集団およびX線遷移源活動は本質的に同等であると考えられる。