[论文解读] Populations of Transient Galactic Bulge X-Ray Sources

J. H. Swank, C. B. Markwardt|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 5

一句话总结

本文利用RXTE/PCA观测分析了银河系银心区域的暂现X射线源，识别出一群低光度中子星和黑洞双星系统，其轨道周期短且爆发衰减迅速。研究结果表明，这些系统（包括SAX J1808.4–3658等源）的吸积率接近不稳定性阈值，支持演化模型所预测的短周期、暂现性系统，其峰值光度低且变异性快。

ABSTRACT

Starting in 1999, the Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) has monitored the central bulge region of the Galaxy with the Proportional Counter Array (PCA), resolving about 50 binary X-ray sources, including 18 sources discovered by RXTE and BeppoSAX. The accretion rates that RXTE observed from these sources ranged from highs approaching Eddington limits to lows that may correspond to mass exchange for a binary period near the minimum of 80 minutes. Several neutron star binaries with low peak luminosity have outburst or cycle time-scales which are shorter than those of brighter and better known counterparts. We compare the characteristics of the binaries with low rates of mass exchange to predictions of their evolution.

研究动机与目标

• 利用RXTE的PCA对银河系银心区域进行长期监测，以表征暂现X射线源的群体特性。
• 确定低光度X射线双星的吸积率和轨道周期，特别是那些具有短爆发衰减 timescales 的系统。
• 研究这些系统是否与预测短周期、低质量X射线双星且吸积盘不稳定的演化模型一致。
• 评估质量转移率和磁场在决定这些系统暂现行为及光谱特性中的作用。
• 识别并研究具有异常变异性（如平顶光曲线和突发通量下降）的源，以探测吸积盘不稳定性。

提出的方法

• 利用RXTE的 proportional counter array (PCA) 对以银河系银心为中心的16°×16°区域进行连续扫描观测，使用1°准直器以分辨点源。
• 应用扫描模式分析来建模源的光曲线，根据通量随时间的变化区分稳定、可变和暂现行为。
• 将X射线光曲线与BeppoSAX WFC的档案数据相关联，以识别I型X射线暴，确认多个源中存在中子星。
• 利用轨道周期估计和吸积率计算来检验吸积盘稳定性的表现，将观测到的衰减 timescales 与理论模型（如King 2000）进行比较。
• 评估光谱和时域数据（如准周期振荡、脉动）以区分中子星与黑洞候选体，特别是在低通量状态下的表现。
• 应用距离估计（如GRS 1747–312的距离为7.6 kpc）以推导本征光度，并评估距离在解释低峰值通量中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在银河系银心区域的暂现X射线源中，吸积率和轨道周期的分布如何？与理论预测相比有何异同？
• RQ2 为何一些低光度X射线源尽管峰值通量低，却表现出数天内迅速衰减的爆发？这对吸积盘不稳定性有何启示？
• RQ3 SAX J1808.4–3658和GRS 1747–312等源的观测爆发特性，与Aql X–1等更明亮、更著名的暂现源相比有何异同？
• RQ4 低平均吸积率系统在多大程度上保持活动状态或过渡至休眠状态？其长期行为由何种机制主导？
• RQ5 观测到的变异性模式（如平顶光曲线和突发通量下降）能否由吸积盘喷射或重新形成机制解释？

主要发现

• RXTE监测在银河系银心区域分辨出约50个X射线双星，包括18个由RXTE和BeppoSAX发现的源，其中15个在0.5–80 mCrab的通量水平上持续超过两年。
• 九个源表现出快升慢降的爆发特征，上升时间小于3天，衰减时间约为3周，与吸积盘不稳定性模型一致。
• SAX J1808.4–3658为2小时轨道周期双星，含2.5 ms脉冲星，其峰值光度为爱丁顿极限的0.04倍，且在仅10 mCrab通量下仍显示5%的脉动，表明存在强磁场效应。
• GRS 1747–312和EXO 1745–248的距离均约为7.6 kpc，其峰值光度分别为爱丁顿极限的0.04和0.4倍，支持存在一群低光度暂现源的存在。
• 多个源（包括V4641 Sgr和XTE J1819–254）表现出通量的不规则上升，随后在数天内迅速下降，暗示可能存在吸积盘喷射或吸积库完全排空。
• 至少一个源（2S 1803–245）处于休眠状态，表现为持续低通量，表明部分暂现源可能长期维持在低活动状态，可能由于吸积率低于不稳定性阈值。