[论文解读] A Detailed Study of 2S 0114+650 with the RXTE

S. A. Farrell, R. K. Sood+2 more|Oct 5, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用 25

一句话总结

本研究利用RXTE数据，分析了大质量X射线双星2S 0114+650在脉动、轨道及超轨道时标上的X射线变异性。研究发现，超轨道调制源于质量吸积率的可变性，而非吸积盘进动或遮蔽效应；在超轨道最小值期间光谱硬化现象表明吸积率存在调制。

ABSTRACT

We present the results of a detailed study of the high mass X-ray binary 2S 0114+650 made with the pointed instruments onboard the Rossi X-ray Timing Explorer. The spectral and temporal behaviour of this source was examined over the pulse, orbital, and super-orbital timescales, covering $\sim$2 cycles of the 30.7 d super-orbital modulation. Marginal evidence for variability of the power law photon index over the pulse period was identified, similar to that observed from other X-ray pulsars. If this variability is real it can be attributed to a varying viewing geometry of the accretion region with the spin of the neutron star. Variability of the neutral hydrogen column density over the orbital period was observed, which we attribute to the line of sight motion of the neutron star through the dense circumstellar environment. A reduction in the power law photon index was observed during the orbital maximum, which we speculate is due to absorption effects as the neutron star passes behind a heavily absorbing region near the base of the supergiant companion's wind. No significant variability of the column density was observed over the super-orbital period, indicating that variable obscuration by a precessing warp in an accretion disc is not the mechanism behind the super-orbital modulation. In contrast, a significant increase in the power law photon index was observed during the super-orbital minimum. We conclude that the observed super-orbital modulation is tied to variability in the mass accretion rate due to some as yet unidentified mechanism.

研究动机与目标

• 利用长期RXTE观测数据，研究2S 0114+650中30.7天超轨道调制的起源。
• 确定超轨道调制是否由进动的吸积盘遮蔽驱动，或由其他机制引起。
• 研究脉动、轨道及超轨道时标上的光谱与时间变异性，以约束吸积几何结构与动力学特性。
• 检验该系统可能存在超慢X射线脉冲星且具有复杂吸积行为的假设。

提出的方法

• 分析8.5年的RXTE全升空监测器（ASM）数据，以表征30.7天的超轨道调制特性。
• 使用具有高能截止指数的吸收幂律模型，在3–50 keV能量范围内对PCA和HEXTE数据进行光谱拟合。
• 将光谱参数（光子指数、柱密度）与轨道及超轨道相位进行互相关分析，以检测变异性。
• 将观测到的柱密度与光子指数变异性与视线吸收及视线几何变化模型进行比较。
• 检查脉动轮廓形态及相位分辨光谱行为，以推断中子星自转与吸积区几何结构。
• 评估反射特征与铁Kα发射线，以排除可变反射作为超轨道调制驱动因素的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 2S 0114+650中30.7天的超轨道调制是否由进动吸积盘遮蔽引起？
• RQ2 X射线光谱指数在脉动、轨道及超轨道周期中如何变化？
• RQ3 观测到的轨道调制是否由中子星穿过大质量恒星伴星周围环境的视线运动引起？
• RQ4 若超轨道周期内柱密度无显著变化，是否可排除吸积盘扭曲作为超轨道调制起源？
• RQ5 导致超轨道最小值期间光谱硬化的机制是什么？

主要发现

• 在超轨道周期内，中性氢柱密度无显著变异性，排除了进动吸积盘遮蔽作为30.7天调制原因的可能性。
• 在超轨道最小值期间，观测到幂律光子指数显著增加，表明光谱软化。
• 轨道调制与柱密度及光子指数的变异性相关，可能源于中子星在大质量恒星伴星致密星风中运动。
• 光子指数中脉动周期变异性存在微弱证据，表明吸积区视线几何结构发生调制。
• 缺乏强铁发射线或反射特征，表明吸积盘扭曲导致的可变反射可能性较低。
• 超轨道调制最合理的解释是由于未知机制引起的质量吸积率变化，而非遮蔽或反射效应。