[論文レビュー] The Wolf-Rayet counterpart of Cygnus X-3

M. H. van Kerkwijk, T. R. Geballe+3 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Apr 17, 1996

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 8被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、複数周期にわたる位相分解赤外分光法（IバンドおよびKバンド）を用いて、Cygnus X-3がX線連星であることを確認した。観測されたスペクトルの変化—線強度および線比の変化、位相に相関するドップラーシフト—は、X線源によってWR風が周期的にイオン化されるモデルを支持する。強い発光線は完全イオン化を示し、弱い線は遮断によって位相に従ったモードラションを示す。

ABSTRACT

We present orbital-phase resolved I and K-band spectroscopy of Cygnus X-3. All spectra show emission lines characteristic of Wolf-Rayet stars of the WN subclass. On time scales longer than about one day, the line strengths show large changes, both in flux and in equivalent width. In addition, the line ratios change, corresponding to a variation in spectral subtype of WN6/7 to WN4/5. We confirm the finding that at times when the emission lines are weak, they shift in wavelength as a function of orbital phase, with maximum blueshift coinciding with infrared and X-ray minimum, and maximum redshift half an orbit later. Furthermore, we confirm the prediction -- made on the basis of previous observations -- that at times when the emission lines are strong, no clear wavelength shifts are observed. We describe a simplified, but detailed model for the system, in which the companion of the X-ray source is a Wolf-Rayet star whose wind is at times ionised by the X-ray source, except for the part in the star's shadow. With this model, the observed spectral variations can be reproduced with only a small number of free parameters. We discuss and verify the ramifications of this model, and find that, in general, the observed properties can be understood. We conclude that Cyg X-3 is a Wolf-Rayet/X-ray binary.

研究の動機と目的

• X線連星Cygnus X-3の光学的対応体を特定し、特徴を明らかにすること。
• Cygnus X-3における光学的伴星の性質について長年の曇りを解消すること。
• 位相に依存する発光線のスペクトル変動を説明すること。
• X線放射がWR風を周期的にイオン化し、スペクトル的変化を引き起こすという仮説を検証すること。
• 線のドップラー・シフト、強度、スペクトル型の変化を一貫した物理的モデルで説明すること。

提案手法

• 複数周期にわたる、Cygnus X-3の位相分解近赤外分光法（IバンドおよびKバンド）を取得した。
• 発光線のフラックス、等価幅、線比の変化を測定し、スペクトル型の進化（WN6/7からWN4/5へ）を推定した。
• 発光線のドップラー・シフトを位相関数として追跡し、X線および赤外線の最小値付近で体系的なブルーシフトを特定した。
• WR風がX線源によってイオン化されるが、遮断された半球を除いては、簡略化されたモデルを提示した。
• 最小限の自由パラメータで、観測された線強度および速度変動を再現するモデルを構築した。
• 予測されたイオン化構造および線プロファイルと観測結果を比較することで、モデルの整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Cygnus X-3の光学的対応体のスペクトル型および性質は何か？
• RQ2 なぜCygnus X-3の発光線は強度および速度において強い位相依存的変動を示すのか？
• RQ3 発光線に観測されたドップラー・シフトの原因は何か？また、X線および赤外線の最小値とどのように相関するか？
• RQ4 X線源によるWR風の周期的イオン化が、観測されたスペクトル変動を説明できるか？
• RQ5 観測された振るまいは、コンact X線源を伴うWolf-Rayet星の連星系と整合的か？

主な発見

• IバンドおよびKバンドの発光線により、Cygnus X-3の光学的対応体はWN型のWolf-Rayet星であると確認された。
• スペクトル型は位相スケールでWN6/7からWN4/5へ変化しており、イオン化状態の変化を示している。
• 発光線が弱いとき、最大のブルーシフトはX線および赤外線最小付近で観測され、半周期後に最大のレッドシフトを示す。
• 発光線が強いとき、明確な位相依存ドップラー・シフトは観測されず、完全な風のイオン化と整合的である。
• 観測された変動は、X線源によってイオン化されるが、遮断された半球を除いては、WR風のモデルでよく再現される。
• モデルはわずかな自由パラメータしか必要とせず、観測されたスペクトル的および運動論的挙動の全範囲を成功裏に説明した。