[論文レビュー] The X-ray Lightcurve of WR 140

M. F. Corcoran, A. M. T. Pollock+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、2つの公軌道周期にわたるRXTE観測を用いて、WR 140の包括的なX線光曲線を提示する。周期的なX線変動は、質量の大きな連星系における風-風衝撃のダイナミクスによって駆動されており、2897日という公軌道周期が確認された。X線最小値はO星が接近する前に発生し、WC7星の風による吸収が増加することでスペクトルが硬くなる傾向が示され、非円形軌道における衝突風衝撃の流体力学的モデルが裏付けられる。

ABSTRACT

WR 140 is a canonical massive "colliding wind" binary system in which periodically-varying X-ray emission is produced by the collision between the wind of the WC7 and O4-5 star components in the space between the two stars. We have obtained X-ray observations using the RXTE satellite observatory through almost one complete orbital cycle including two consecutive periastron passages. We discuss the results of this observing campaign, and the implications of the X-ray data for our understanding of the orbital dynamics and the stellar mass loss.

研究の動機と目的

• RXTE観測を用いて、ほぼ完全な公軌道周期にわたるWR 140のX線変動を特徴づけること。
• 観測されたX線光曲線の背後にある物理的メカニズム、特にX線最小値とスペクトルの硬化の起源を調査すること。
• X線光曲線が1/Dに従うかどうかを検証し、風吸収と衝撃幾何学的構造の役割を評価すること。
• 観測されたX線光曲線と、風-風衝撃の3次元SPH流体力学的シミュレーションを比較すること。
• X線最小値から得られるWR 140の公軌道周期を特定し、以前の推定値と整合性があるかを評価すること。

提案手法

• 2つの公軌道周期にわたって、RXTEの比例計数器アレイ（PCA）を用いて、2–60 keVのエネルギー範囲で週1回程度の周期でWR 140をモニタリングした。
• X線輝度と硬さ比（HR = (F_7.5keV - F_3keV)/(F_7.5keV + F_3keV)）を導出し、軌道全体にわたるスペクトルおよび輝度の変化を追跡した。
• X線光曲線は2897日という公軌道周期を用いて位相化され、近点通過時に位相φ = 0とした。
• 風-風衝撃の3次元スムージング粒子法（SPH）シミュレーションを用いて、衝撃構造と風の幾何学的形状をモデル化した。
• 停止点に点源としてX線放射モデルを適用し、シミュレートされたWC7星の風構造を通じた吸収を計算した。
• モデル光曲線をRXTEデータと比較して適合度を評価し、さらに拡散放射モデルの検証も行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WR 140のX線輝度は、7.9年周期の公軌道にわたってどのように変化するのか。また、観測された変調の原因は何か。
• RQ2 なぜX線最小値がO星が接近する前に発生するのか。これは風-風衝撃の幾何学的形状と吸収の性質にどのような示唆を含むか。
• RQ3 X線輝度はどの程度1/Dに従うのか。その乖離は、非断熱的または吸収支配的挙動を示唆するか。
• RQ4 3次元SPH流体力学的モデルは、観測されたX線光曲線とスペクトルの硬化を再現できるか。
• RQ5 X線最小値から得られるWR 140の正確な公軌道周期は何か。また、以前の推定値と比較するとどうなるか。

主な発見

• X線光曲線は、近点付近で徐々に上昇し、ピークに達した後、急激な最小値を示し、速やかに回復し、その後緩やかに低下する傾向を示し、2周期にわたって深さと持続時間の面で良好な一致を示した。
• X線最小値はO星が接近する約0.1–0.2の公軌道位相前に発生しており、これは最大の吸収がWC7星の風の背後にO星が位置する直前に行われていることを示している。
• X線硬さ比はO星が接近する際に最大値に達しており、これは高エネルギーX線が密度の高いWC7星の風を通じて最も強く吸収されていることを確認している。
• 近点付近ではX線輝度が単純な1/D則に従わないため、断熱膨張よりも吸収および衝撃幾何学的要因が支配的であることが示された。
• X線最小値から導かれた公軌道周期は2897日であり、Marchenkoら（2003年）が提唱した2900日よりも約2日短い。
• 停止点に点源モデルを適用し、SPHでシミュレートされた風を通じた吸収を計算したモデルは、RXTE光曲線をよく再現したが、拡散放射モデルは適合度が低く、正確な適合には単純化が必要である可能性を示唆した。