[論文レビュー] Photometric Mass Estimate for the Compact Component of SS 433: And Yet It Is a Neutron Star

V. P. Goranskij|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、マルチカラーフォトメトリーを用いてバルマー・ジャンプを検出し、分光的フォトメトリーから消光を推定することで、SS 433連星系のコンパクトな天体の光度質量を推定する手法を提示する。解析の結果、中性子星質量は1.45 ± 0.20 M⊙と算出され、一貫した天体物理学的パラメータおよび質量-光度関係に基づき、ブラックホール起源は否定される。

ABSTRACT

After 33 years of extensive studies of SS 433, we have learnt much about this unique system with moving emission lines in the spectrum. The orbital inclination is known from spectroscopic observations of moving lines; the distance is derived from radio interferometry of relativistic jets; the mass ratio of its components is determined from X-ray observations of jets' eclipses. In 2005, the accretion donor was detected as an A4 - A8 giant, and its contribution to eclipse light was measured spectroscopically. In the present paper, the A-type star was detected via multicolor photometry on the basis of its Balmer jump. A method is proposed to estimate the interstellar reddening, able to measure the individual law of interstellar absorption for SS 433 from spectrophotometry. The method is based on extracting the energy distribution of the spectral component of a very hot source covered in eclipse and on the comparison of its energy distribution to the Planck energy distribution of a black body with the temperature exceeding 10^6 K. The determination of general parameters of SS 433 leads to fairly accurate estimates of luminosity, radius, and mass of the A star in the system, and consequently leads to an accurate estimate of the mass of the compact component, the source of jets. The latter mass is between 1.25 and 1.87 solar masses. The reasons for overestimating this mass when using the dynamical method are discussed. In our opinion, the presence of a black hole in this system is excluded.

研究の動機と目的

• フォトメトリーおよび分光的データを用いて、SS 433のコンパクト成分の質量を特定すること。
• 食時に発生する高温源の分光的フォトメトリーを用いて、消光の推定を改善すること。
• 正確な星のパラメータと全波長補正を適用することで、動力学的質量推定値の不一致を解消すること。
• コンパクト天体がブラックホールではなく中性子星であるという性質を確認すること。
• 食時にA型星がシステムの光に寄与する割合を考慮することで、質量推定値を精緻化すること。

提案手法

• マルチカラーフォトメトリーを用いて、エネルギー分布におけるバルマー・ジャンプを介してA4–A8巨星を検出する。
• 10⁶ K以上の温度を持つプランク黒体スペクトルと比較することで、食時に観測されたエネルギー分布から消光を推定する。
• 相対論的ジェットの電波干渉測定から得られた距離（5.12 ± 0.27 kpc）を採用する。
• 星の全波長補正および温度校正を適用し、A型星の光度と半径を導出する。
• X線食からの質量比と分光的測定による軌道傾きをフォトメトリックデータと組み合わせ、コンパクト天体の質量を制約する。
• 食された成分の分光的フォトメトリーデータを用いて、個別の消光法則を決定する手法を開発する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォトメトリックおよび分光的制約に基づき、SS 433のコンパクト天体の質量は何か？
• RQ2 食時に発生する高温源のエネルギー分布を用いて、消光を正確に測定できるか？
• RQ3 なぜSS 433の動力学的質量推定値は、コンパクト天体の質量を過大評価するのか？
• RQ4 SS 433のコンパクト天体は、中性子星であるか、ブラックホールであるか？
• RQ5 A型星がシステムの光に寄与する割合は、コンパクト天体の質量推定値にどのように影響するか？

主な発見

• マルチカラーフォトメトリーによるバルマー・ジャンプの検出により、A4–A8巨星がシステム内に存在することが明確に確認された。
• 10⁶ K以上の温度を持つプランク黒体スペクトルとの比較に基づく分光的フォトメトリー法を用いて、消光が推定された。
• コンパクト天体の質量は1.25から1.87 M⊙の間で制約され、フォトメトリーデータのみから得られた最良推定値は1.45 ± 0.20 M⊙であった。
• 得られた質量は、チャンドラセカール限界付近の中性子星と整合的であり、ブラックホール起源は否定された。
• 動力学的質量推定値の不一致は、高降着率を示すA型星に対する誤った質量-光度関係の仮定に起因するとされた。
• 本研究は、SS 433の基本的パラメータおよび天体物理学的データがブラックホールモデルを支持しないと結論づけ、そのようなモデルを採用するには根本的な再考が必要であると示した。