[论文解读] The Dearth of low-luminosity Globular Cluster LMXBs in NGC 3379

G. Fabbiano, N. J. Brassington+11 more|ArXiv.org|Oct 26, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用对NGC 3379的深度钱德拉X射线观测，揭示了在~4×10³⁷ erg s⁻¹以下存在显著的低光度球状星团低质量X射线双星（GC LMXBs）缺失现象，挑战了长期以来认为所有LMXBs均在球状星团中形成的假设。该缺失现象与动力学LMXB形成机制一致，并支持从持续性行为向暂现性行为的转变，倾向于主序星伴星而非超紧凑双星系统。

ABSTRACT

Our campaign of deep monitoring observations with {\it Chandra} of the nearby elliptical galaxy NGC 3379 has lead to the detection of nine globular cluster (GC) and 53 field low mass X-ray binaries (LMXBs) in the joint {\it Hubble}/{\it Chandra} field of view of this galaxy. Comparing these populations, we find a highly significant lack of GC LMXBs at the low (0.3-8 keV) X-ray luminosities (in the $\sim 10^{36}$ to $\sim 4 imes10^{37}$ erg s$^{-1}$ range) probed with our observations. This result conflicts with the proposition that all LMXBs are formed in GCs. This lack of low-luminosity sources in GCs is consistent with continuous LMXB formation due to stellar interactions and with the transition from persistent to transient LMXBs. The observed cut-off X-ray luminosity favors a predominance of LMXBs with main-sequence donors instead of ultra-compact binaries with white-dwarf donors; ultra-compacts could contribute significantly only if their disks are not affected by X-ray irradiation. Our results suggest that current theories of magnetic stellar wind braking may work rather better for the unevolved companions of GC LMXBs than for field LMXBs and cataclysmic variables in the Galaxy, where these companions may be somewhat evolved.

研究动机与目标

• 利用深度X射线观测研究NGC 3379中球状星团（GC）和场域低质量X射线双星（LMXBs）的光度分布。
• 通过比较GC与场域LMXBs的X射线光度函数（XLFs），检验所有LMXBs起源于球状星团的假设。
• 确定观测到的低光度GC LMXBs缺失现象是否可由暂现行为、伴星类型或磁制动效应解释。
• 评估光度函数截止对星系中LMXB形成与演化理论的影响。

提出的方法

• 对NGC 3379进行了337 ks的深度钱德拉ACIS-S3观测，结合哈勃WFPC2光学数据以识别球状星团关联源。
• 利用哈勃/钱德拉联合视场，比较场域与GC LMXBs的累积X射线光度函数（XLFs），并考虑探测不完整性。
• 执行堆叠分析以估算GC LMXBs在低光度下的发射上限，克服探测不完整性问题。
• 将当前337 ks数据集与先前30 ks观测结果进行对比，评估探测灵敏度及源的演化特性。
• 分析已探测GC LMXBs的变异性，以排除多源污染或持续高光度系统的可能性。
• 评估LMXB演化理论模型，包括热盘不稳定性模型和磁星风制动模型，以解释观测到的XLF截止现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NGC 3379中，与场域LMXBs相比，球状星团中的低光度LMXBs是否存在显著缺失？
• RQ2 观测到的~4×10³⁷ erg s⁻¹光度函数截止是否支持LMXB行为从持续性向暂现性转变？
• RQ3 低光度GC LMXBs的缺失是否可由白矮星伴星的超紧凑双星占主导地位来解释？
• RQ4 场域与GC LMXBs之间观测到的XLF差异是否否定了所有LMXBs均在球状星团中形成的假设？
• RQ5 与场域LMXBs及银河系激变变星相比，磁星风制动在GC LMXBs中对未演化的主序星伴星是否更有效？

主要发现

• 在337 ks的深度钱德拉观测中探测到9个GC LMXBs，尽管总探测到的LMXBs数量增加了2.4倍，但仅关联到9个球状星团，表明在低光度区域存在显著缺失。
• 观测到的光度函数截止在~4×10³⁷ erg s⁻¹处与预测白矮星伴星主导的超紧凑双星模型不一致。
• 低光度GC LMXBs的缺失与热盘不稳定性模型一致，即系统在低光度时从持续性状态过渡为暂现性状态。
• 光度截止更有利于氢丰富主序星伴星的LMXBs，而非超紧凑系统，表明这些系统中盘面照射效应可忽略不计。
• 结果排除了所有场域LMXBs均起源于球状星团的可能性，因为场域与GC LMXBs在~4×10³⁷ erg s⁻¹以下的XLF存在显著差异。
• 研究结果表明，磁星风制动在GC LMXBs中对未演化的主序星伴星可能比对场域LMXBs及银河系激变变星中的演化伴星更有效。