[論文レビュー] The millisecond X-ray pulsar/burster SAX J1808.4-3658: the outburst light curve and the power law spectrum

M. Gilfanov, M. Revnivtsev+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、1998年の活動期中にRXTEが観測したミリ秒X線パulsar/バースタであるSAX J1808.4-3658の分析を行い、100 keV未満で強い高エネルギー端末がない安定したパワーローX線スペクトル（光子指数～2）を明らかにした。全放射度の低下は約数×10³⁵ erg/sで急激に停止し、プロペラ効果またはディスク不安定性への移行を示唆し、中性子星の磁場強度にB < 数×10⁷ Gという上限を与えた。

ABSTRACT

The X-ray light curve and broad band spectral properties of the millisecond X-ray pulsar/burster SAX J1808.4-3658 are reported. In the course of RXTE observations in April--May 1998 the 3--150 keV luminosity of the source decreased by a factor of ~100 from the peak value of ~9E36 erg/s (for a 4 kpc distance). However, the spectrum was remarkably stable and maintained a roughly power law shape with a photon index of ~2 without a strong high energy cut-off below 100 keV, similar to that sometimes observed in the low spectral state of X-ray bursters. An approximation of the averaged spectrum with an exponentially cut-off power law with a superimposed reflected component yields the 90% lower limit on the e-folding energy ~270 keV. We speculate that Comptonization on the bulk motion in the radiation dominated shock might be a possible mechanism of spectral formation. The decaying part of the X-ray light curve was cut off abruptly at luminosity ~few 1E35 erg/s. Such behavior might be due to centrifugal inhibition of accretion (transition to the ``propeller'' regime) as well as to disk instability. In either case an upper limit on the neutron star magnetic field strength is B &lt; few 1E7 Gauss.

研究の動機と目的

• SAX J1808.4-3658の1998年活動期におけるX線光度曲線およびスペクトルの進化を特徴づけること。
• 減光期における源のスペクトル形状および高エネルギー端末特性を特定すること。
• 低放射度におけるX線光度曲線の急激な停止の背後にある物理的メカニズムを調査すること。
• 降着抑制モデルを用いて中性子星の磁場強度を制約すること。

提案手法

• 1998年4月から5月にかけてのRXTE観測データを用い、活動期の減光期をカバーする。
• 指数的カットオフを持つパワーロー法則モデルに加えて、反射成分を重畳したスペクトルフィッティング。
• スペクトルフィッティングから得られるe-foldingエネルギーを推定し、高エネルギー端末を推定する。
• 放射度低下曲線のモデリングにより、約数×10³⁵ erg/sで急激な停止が確認された。
• 放射度の停止を説明するため、プロペラ効果モデルを適用し、磁場強度の上限を導出する。
• 観測された放射度から、4 kpcの距離を用いて放射度値を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SAX J1808.4-3658の1998年活動期の減光期におけるスペクトル形状は何か？
• RQ2 X線スペクトルは100 keV未満で高エネルギー端末を示すか。その場合、e-foldingエネルギーは何か？
• RQ3 放射度が約数×10³⁵ erg/sに達した際のX線光度曲線の急激な停止は、何が原因か？
• RQ4 中性子星が遠心力による降着抑制によってプロペラ状態に移行したことで、観測された挙動が説明できるか？
• RQ5 観測された放射度の停止に基づいて、中性子星の磁場強度にどの程度の上限を設定できるか？

主な発見

• SAX J1808.4-3658の3–150 keV放射度は、1998年活動期のピーク値（約9×10³⁶ erg/s）から約100倍低下した。
• 減光期を通じてX線スペクトルは顕著に安定しており、光子指数が約2のパワーロー形状を維持した。
• 100 keV未満で強い高エネルギー端末は観測されず、スペクトルフィッティングからe-foldingエネルギーの90%下限が約270 keVであった。
• 減光曲線は、放射度が約数×10³⁵ erg/sで急激に停止しており、降着ダイナミクスの急激な変化を示唆した。
• この急激な停止は、中性子星がプロペラ状態に移行したか、ディスク不安定性に起因するものと解釈され、磁場強度にB < 数×10⁷ Gという上限を与えた。
• 放射エネルギー支配の衝撃波におけるバルク運動によるコンプトン化が、観測エネルギー範囲におけるスペクトル形成の妥当なメカニズムと提案された。