[논문 리뷰] On the origin of X-ray dips in Her X-1

N. I. Shakura, М. Е. Прохоров외 2명|arXiv (Cornell University)|1999. 02. 09.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 헤르 X-1의 X선 다우닝 현상이 광학성의 대기에서 X선 조명에 의해 유도된 기체 분출에 기인하며, 이들이 선로 상에서 X선을 흡수하여 순환원반에 도달하기 전에 흡수된다고 제안한다. 비대칭적 가열과 tidal 토크는 원반의 휘청임을 일으켜 주로 메인온 및 숏온 상태 동안 관측되는 전에클립스 및 유형 I 이방성 다우닝을 유도한다. 반면, 유형 II 다우닝과 후에클립스 복구 현상은 전원 켜짐 이후 첫 번째 궤도에서만 관측되는데, 이는 일시적인 원반 차폐 때문이므로 발생한다.

ABSTRACT

A strong X-ray illumination of the optical star atmosphere in Her X-1, asymmetric because of a partial shadowing by the tilted twisted accretion disk around central neutron star, leads to the formation of matter flows coming out of the orbital plane and crossing the line of sight before entering the disk. We suggest that the absorption of X-ray emission by this flow leads to the formation of pre-eclipse and anomalous dips of type I. These dips are observed during several orbits after turn-on both in the main-on and short-on state. Almost coherent action of tidal torques and matter streams enhances the disk wobbling which causes the disk edge to shield the X-ray source after the turn-on. Anomalous dips of type II and post-eclipse recovery appear due to this process only on the first orbit after turn-on.

연구 동기 및 목표

• 헤르 X-1의 X선 다우닝 현상, 특히 메인온 및 숏온 상태 동안 관측되는 전에클립스 및 유형 I 이방성 다우닝의 기원을 설명하는 것.
• X선 조명이 광학성에 미치는 영향으로 유도되는 물질 유동이 선로 상을 가로질러가는 방식을 조사하는 것.
• 전원 켜짐 이후 첫 번째 궤도에서만 발생하는 유형 II 이방성 다우닝과 후에클립스 복구 현상의 메커니즘을 명확히 하는 것.
• 타이드 토크와 물질 유동이 원반의 휘청임을 강화시켜 일시적인 원반 차폐를 유도하는 방식을 탐색하는 것.

제안 방법

• 기울어지고 비틀린 순환원반에 의한 부분적인 그림자 효과로 인해 광학성 대기의 비대칭적 X선 조명을 모델링하는 것.
• 중성자별의 X선 방출에 의해 유도된 복사加열에 의해 광학성 대기에서 기체 분출이 형성되는 과정을 시뮬레이션하는 것.
• 이러한 기체 분출이 선로 상에서 X선을 흡수하여 광선 곡선 상에서 관측 가능한 다우닝 현상이 발생하는 메커니즘을 분석하는 것.
• 원반의 휘청임과 그 시간에 따라 변화하는 차폐 효과를 모델링하기 위해 원반에 작용하는 타이드 토크를 통합하는 것.
• 전원 켜짐 이후 원반 자세의 시간적 변화를 사용하여 유형 II 다우닝과 후에클립스 복구의 일시성 현상을 설명하는 것.
• 모델 예측을 관측된 광선 곡선과 비교하여 각 유형의 다우닝이 나타나는 조건을 규명하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 헤르 X-1에서 관측되는 전에클립스 및 유형 I 이방성 다우닝은 무엇에 의해 발생하며, 왜 전원 켜짐 이후 여러 궤도 동안 관측되는가?
• RQ2 광학성에서 유도된 X선 조명 기반 기체 분출이 X선 흡수 및 다우닝 형성에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 왜 유형 II 이방성 다우닝과 후에클립스 복구 현상은 전원 켜짐 이후 첫 번째 궤도에서만 관측되는가?
• RQ4 타이드 토크와 물질 유동은 원반의 휘청임과 일시적 차폐를 강화시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 광학성의 비대칭적 X선 조명이 어떻게 일관된 X선 흡수 특징을 유도하는가?

주요 결과

• 전에클립스 및 유형 I 이방성 다우닝은 광학성 대기의 비대칭적 조명에 의해 유도된 기체 분출에 의한 X선 흡수로 발생한다.
• 지속적인 기체 분출 활동과 타이드 토크에 의해 유도된 일관된 원반 휘청임으로 인해 다우닝 현상은 전원 켜짐 이후 수개의 궤도 동안 지속된다.
• 유형 II 이방성 다우닝과 후에클립스 복구 현상은 일시적인 현상으로, 전원 켜짐 이후 첫 번째 궤도에서만 관측되는데, 이는 초기 원반의 휘청임과 차폐 때문이므로 발생한다.
• 타이드 토크와 물질 유동의 병합 작용이 원반의 휘청임을 강화시켜 X선 소스의 효과적 차폐를 가능하게 한다.
• 조명, 기체 분출, 원반 역학의 상호작용을 통해 모델은 메인온 및 숏온 상태에서 관측된 다우닝의 시간적 배치와 재현 주기를 설명할 수 있다.
• 비대칭적 X선 조명이 관측된 다우닝 형태의 주요 원인이며, 기체 분출이 선로 상을 가로질러가는 것이 핵심적인 흡수 메커니즘이다.