[论文解读] ULX-1 in NGC5907: how bright can an accreting pulsar shine?

G. L. Israel, A. Belfiore+21 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2016

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 2

一句话总结

该论文将NGC5907中的ULX-1识别为一颗中子星，其吸积亮度超过中子星爱丁顿极限的1000倍，自2003年至2014年自转周期由1.43秒减少至1.13秒。极高的亮度无法用标准吸积模型解释，但强多极磁场可提供合理解释，表明其他极端ULX也可能包含中子星而非黑洞。

ABSTRACT

Ultraluminous x-ray sources (ULXs) in nearby galaxies shine brighter than any X-ray source in our Galaxy. ULXs are usually modeled as stellar-mass black holes (BHs) accreting at very high rates or intermediate-mass BHs. We present observations showing that NGC5907 ULX is instead an x-ray accreting neutron star (NS) with a spin period evolving from 1.43~s in 2003 to 1.13~s in 2014. It has an isotropic peak luminosity of about 1000 times the Eddington limit for a NS at 17.1~Mpc. Standard accretion models fail to explain its luminosity, even assuming beamed emission, but a strong multipolar magnetic field can describe its properties. These findings suggest that other extreme ULXs (x-ray luminosity > 10^{41} erg/s) might harbor NSs.

研究动机与目标

• 确定NGC5907中ULX-1的本质，特别是其是中子星还是黑洞。
• 研究使如此极端X射线亮度（超过中子星爱丁顿极限）成为可能的机制。
• 评估标准吸积模型是否能解释观测到的亮度和自转演化。
• 评估磁场在使中子星系统实现超爱丁顿亮度方面的作用。
• 探讨这些发现对邻近星系中极端ULX群体的启示。

提出的方法

• 分析2003年至2014年的X射线观测数据，追踪ULX-1的自转周期演化。
• 利用距离模数和在17.1 Mpc处的通量测量，估算各向同性峰值亮度。
• 将观测到的亮度与中子星的理论爱丁顿极限进行比较。
• 评估标准吸积模型（包括束状辐射）解释亮度的能力。
• 通过强多极磁场模型，解释观测到的亮度和自转演化。
• 基于推导出的物理约束，评估对其他极端ULX的启示。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准吸积模型能否解释NGC5907中ULX-1的各向同性X射线亮度？
• RQ2 基于其自转演化和亮度，ULX-1的本质是中子星还是黑洞？
• RQ3 是否需要强多极磁场才能解释ULX-1中观测到的超爱丁顿亮度？
• RQ4 束状辐射本身在多大程度上可解释ULX-1中观测到的亮度？
• RQ5 其他亮度超过10^41 erg/s的极端ULX是否更可能包含中子星而非黑洞？

主要发现

• NGC5907中的ULX-1在2003年自转周期为1.43秒，至2014年减少至1.13秒，表明其因吸积而自转加快。
• 该源达到的各向同性峰值亮度约为中子星爱丁顿极限的1000倍。
• 即使考虑束状辐射效应，标准吸积模型仍无法解释其亮度。
• 必须引入强多极磁场才能解释观测到的亮度和自转演化。
• 研究结果表明，其他亮度超过10^41 erg/s的极端ULX也可能包含中子星。
• ULX-1提供了中子星在特定磁场条件下可实现超爱丁顿吸积的证据。