[논문 리뷰] X-Ray Binary Systems in the Small Magellanic Cloud

P. Kahabka, W. Pietsch|arXiv (Cornell University)|1997. 06. 09.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 1991–1993년 동안 ROSAT PSPC 데이터를 사용하여 소마그라니안은하의 X선 이중성계를 체계적으로 탐색한 것으로, 빛의 세기 >3×10³⁵ erg/s인 딱딱한 X선 이중성 후보 7개와 부드러운 X선 이중성 후보 4개를 확인하였다. 주요 발견으로는 SMC X-1에서의 변화하는 행동과 일식 현상의 관측, Be 전이성 이중성인 SMC X-2의 재검출, 그리고 RX J0101.0-7206와 RX J0032.9-7348와 같은 새로운 변화하는 소스의 발견이 있으며, 일부 소스는 에딩턴 한계 근처에서 복사하고 있을 가능성이 있다.

ABSTRACT

We present the result of a systematic search for spectrally hard and soft X-ray binary systems in the Small Magellanic Cloud (SMC). This search has been applied to ROSAT PSPC data (0.1-2.4 keV) collected during 9 pointed observations towards this galaxy covering a time span of 2 years from October 91 till October 93. Selection criteria have been defined in order to confine the sample of candidates. Finally 7 spectrally hard and 4 spectrally soft sources were selected from the list as candidates for binaries in the SMC. The sample is luminosity limited (>3.10**35 erg/s). SMC X-1 has been observed during a full binary orbit starting with a low-state covering an X-ray eclipse and emerging into a bright long-duration flare with two short-duration flares separated by 10 hours. The Be type transient SMC X-2 has been redetected with ROSAT. Variability has been found in the sources RX J0051.8-7231 and RX J0052.1-731 already discovered with Einstein. RX J0101.0-7206 has been discovered at the north-eastern boundary of the giant SMC HII region N66 during an X-ray outburst and half a year later during a quiescent phase. A variable source, RX J0049.1-7250, located north-east of the SMC supernova remnant N19 and which may either be an X-ray binary or an AGN turns out to be strongly absorbed. It may be located behind the SMC. If it is an X-ray binary then it radiates at the Eddington limit in the X-ray bright state. Another variable and hard X-ray source RX J0032.9-7348 has been discovered at the south-eastern border of the body of the SMC. A high mass X-ray binary nature is favored for this source. We searched for CAL87 like systems in the SMC catalog and found none. A new candidate supersoft source RX J0103.8-7254 has been detected. We cannot exclude that it is a foreground object.

연구 동기 및 목표

• X선 데이터를 이용하여 소마그라니안은하(SMC) 내 X선 이중성계를 식별하고 특성화하기.
• 스펙트럼적 성질에 기반하여 딱딱한 X선 이중성 후보와 부드러운 X선 이중성 후보를 구분하기.
• 기존 및 신규로 탐지된 X선 소스에서의 변화성과 궤도 행동을 조사하기.
• SMC 내 CAL87 유사 시스템과 초부드러운 X선 소스의 존재 여부 평가하기.
• RX J0049.1-7250와 같은 고도로 투과율이 낮은 소스의 거리와 성격을 규명하기.

제안 방법

• 1991년 10월에서 1993년 10월까지 2년 간의 기간 동안 9회의 정점 관측으로 확보한 ROSAT PSPC 데이터 분석.
• 빛의 세기 >3×10³⁵ erg/s인 딱딱한 X선 및 부드러운 X선 소스를 분리하기 위해 스펙트럼 선택 기준 적용.
• 후보 X선 이중성계를 분류하는 데 핵심 지표로 변화성과 스펙트럼의 딱딱함 사용.
• 소스 위치를 HII 영역과 초신성 잔해와 같은 알려진 SMC 구조물과 비교하여 거리와 연관성 추론.
• X선 복사율과 스펙트럼 모델링을 이용해 투과율 수준 평가하여 소스의 거리와 성격 평가.
• 이전의 에이스틴 관측 결과와의 교차 식별을 통해 변화성 확인 및 장기적 행동 추적.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소마그라니안은하 내 X선 소스 중 고질량 X선 이중성계 특성을 보이는 것은 무엇인가?
• RQ2 SMC X-1과 SMC X-2의 X선 광도 곡선과 스펙트럼 성질은 궤도 주기 동안 어떻게 변화하는가?
• RQ3 RX J0049.1-7250와 같은 변화가 심하고 고도로 투과율이 낮은 X선 소스는 X선 이중성계로 확인될 수 있는가, 아니면 선단면 AGN일 가능성은 없는가?
• RQ4 CAL87 유사 시스템—지속적인 초부드러운 X선 소스—는 소마그라니안은하에 존재하는가?
• RQ5 만약 X선 이중성계라면, 고도로 투과율이 낮은 소스인 RX J0049.1-7250의 에딩턴 한계에 도달하는 X선 복사 세기는 얼마인가?

주요 결과

• SMC X-1는 전체 이중성 궤도를 관측하였으며, 낮은 상태, X선 일식, 그리고 두 개의 10시간 지속되는 플레어를 포함한 장기 플레어를 보였다.
• Be 유형의 전이성 이중성인 SMC X-2는 ROSAT를 통해 성공적으로 재검출되어 이중성의 성격을 확인하였다.
• 이전에 에이스틴에 의해 탐지된 변화가 심한 소스인 RX J0051.8-7231과 RX J0052.1-731은 ROSAT 데이터에서 뚜렷한 변화를 보였다.
• RX J0101.0-7206는 HII 영역 N66의 동북부 가장자리에서 X선 폭발 시기에 발견되었고, 이후 침체 상태에서 관측되었다.
• SMC 초신성 잔해 N19의 바로 북동쪽에 위치한 소스인 RX J0049.1-7250는 고도로 투과율이 낮으며, SMC 뒤에 위치할 가능성이 있다; 만약 X선 이중성계라면 밝은 상태에서 에딩턴 한계에 도달하는 복사를 방출한다.
• SMC의 남동부 경계에서 새로운 딱딱한 X선 소스인 RX J0032.9-7348가 발견되었으며, 고질량 X선 이중성계일 가능성이 높다.