[论文解读] Transient High Mass X-ray Binaries

Biswajit Paul, Sachindra Naik|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文综述了瞬变高质质量X射线双星（HMXBs），重点关注Be/X射线双星和超巨星X射线双星，详细阐述了由于Be星周围盘不稳定性引起的周期性质量吸积导致X射线爆发的机制。主要发现包括Hα谱线轮廓变化与盘损失事件之间的关联，以及Astrosat未来实现X射线回响与回旋线特征同步多波段研究的潜力。

ABSTRACT

High Mass X-ray Binaries (HMXBs) are interesting objects that provide a wide range of observational probes to the nature of the two stellar components, accretion process, stellar wind and orbital parameters of the systems. A large fraction of the transient HMXBs are found to be Be/X-ray binaries in which the companion Be star with its circumstellar disk governs the outburst. These outbursts are understood to be due to the sudden enhanced mass accretion to the neutron star and is likely to be associated with changes in the circumstellar disk of the companion. In the recent years, another class of transient HMXBs have been found which have supergiant companions and show shorter bursts. X-ray, infrared and optical observations of these objects provide vital information regarding these systems. Here we review some key observational properties of the transient HMXBs and also discuss some important recent developments from studies of this class of sources. The X-ray properties of these objects are discussed in some detail whereas the optical and infrared properties are briefly discussed.

研究动机与目标

• 总结瞬变HMXBs的观测特性与吸积机制，特别是Be/X射线双星和超巨星X射线双星。
• 研究X射线爆发与Be星周围盘变异性（包括盘损失与重建）之间的关联。
• 考察光学与红外监测在X射线爆发期间探测与盘相关变化的作用。
• 评估即将开展的Astrosat任务在推进瞬变HMXBs多波段研究方面的潜力。
• 阐明超巨星X射线双星中风致吸积与洛希瓣溢出吸积模式之间的区别及其对X射线变异性的影响。

提出的方法

• 分析来自瞬变HMXB系统的X射线、光学与红外观测数据，包括Vela X-1、A0535+262、4U 1258-61与V635 Cas。
• 利用Hα与Brγ谱线轮廓监测，推断Be星在X射线爆发期间周围盘损失与重建事件。
• 将J、H与K波段的光度变化与X射线活动相关联，以追踪周围物质的演化。
• 回顾HMXBs中通过恒星风捕获与洛希瓣溢出进行质量转移的理论模型。
• 评估Astrosat的能力，特别是LAXPC仪器在20–80 keV波段增强的有效面积，适用于回旋线研究。
• 整合来自高能天体物理学科学档案研究中心（HEASARC）的数据，以实现对源的统一表征。

实验结果

研究问题

• RQ1 Be/X射线双星中的瞬变X射线爆发由何引起？它们与周围盘动力学有何关联？
• RQ2 在X射线爆发期间，光学与红外谱线轮廓（如Hα、Brγ）的变化如何反映Be星中盘的损失或重建？
• RQ3 在超巨星X射线双星中，恒星风捕获与洛希瓣溢出在决定X射线光度与变异性方面各自起什么作用？
• RQ4 Astrosat提供的同步多波段观测如何提升对HMXBs中X射线回响与回旋线特征的研究？
• RQ5 在巨大的X射线爆发期间，哪些观测特征可表明存在扭曲或不稳定的周围盘？

主要发现

• 在4U 1258-61与V635 Cas等源中，X射线爆发期间Hα发射线的消失是周围盘损失的强有力指标，且盘通常在约6个月内重新形成。
• 在A0535+262中，2009年11月至12月的巨幅爆发期间，Hα轮廓表现出显著变化，表明存在扭曲盘成分。
• 在A0535+262（2011年2月至3月）等源中，X射线爆发期间J、H与K波段的光度变暗，与周围物质损失相关，证实了红外连续谱与巴尔默线发射具有共同起源。
• 在盘损失事件期间，Hα与Brγ线从发射转为吸收，是可靠的观测特征，已在包括V635 Cas与X Per在内的多个Be/X射线双星中观测到。
• 通过洛希瓣溢出吸积的超巨星X射线双星具有更高的质量转移速率，通常表现为持续X射线源；而风致吸积系统则表现出更强的瞬变行为。
• Astrosat的LAXPC仪器有望在20–80 keV波段实现高信噪比的回旋线测量，从而实现对中子星磁场结构的详细研究。