[论文解读] AGILE monitoring of the microquasar Cygnus X-3

G. Piano, A. Bulgarelli+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 3

一句话总结

本研究基于AGILE卫星对天鹅座X-3的观测，揭示了主要的伽马射线耀发始终发生在软X射线谱态和预熄灭的射电态期间，比主要的射电耀发提前数天。这些发现支持一种轻子逆康普顿模型，即地球附近喷流中的相对论性电子通过软光子上散射产生高能伽马射线，确立了该微类星体中伽马射线活动与谱态转变之间的强时间相关性。

ABSTRACT

AGILE data on Cygnus X-3 are reviewed focussing on the correlation between the production of gamma-ray transient emission and spectral state changes of the source. AGILE clearly establishes a relation between enhanced gamma-ray emission and the "quenched" radio/hard X-ray states that precede in general major radio flares. We briefly discuss the theoretical implications of our findings.

研究动机与目标

• 研究天鹅座X-3中伽马射线耀发活动与谱态转变之间的相关性。
• 确定伽马射线耀发是否与特定的X射线或射电态相关，尤其是耀发前的条件。
• 检验高能伽马射线辐射源于相对论性喷流中逆康普顿散射的假设。
• 在耀发状态下建模多波段谱能分布（SED），识别新的IC峰成分。
• 阐明致密天体吸积与喷流活动在产生高能辐射中的作用。

提出的方法

• 对2007年11月至2009年7月期间AGILE-GRID收集的数据应用多源最大似然分析（MSLA），以检测并表征伽马射线耀发。
• 分析中考虑了附近伽马射线源的影响，包括脉冲星PSR J2021+3651、PSR J2021+4026和PSR J2032+4127，以隔离天鹅座X-3的辐射。
• 将伽马射线光 light curves 与RXTE/ASM及Swift/BAT的硬X射线和软X射线光 light curves 进行交叉匹配，以识别谱态转变。
• 利用射电数据识别主要耀发和熄灭状态，重点关注耀发前的射电态。
• 应用轻子逆康普顿（IC）模型解释伽马射线谱，假设喷流中相对论性电子的视线方向接近地球。
• 在耀发事件期间对谱能分布（SED）进行建模，引入新的IC峰成分以解释高能辐射。

实验结果

研究问题

• RQ1 天鹅座X-3中伽马射线耀发与特定X射线或射电谱态之间是否存在一致的时间相关性？
• RQ2 天鹅座X-3中的伽马射线耀发是否先于主要射电耀发发生？如果是，此时系统的谱态是什么？
• RQ3 观测到的伽马射线谱是否可由喷流中相对论性电子对软光子的逆康普顿散射来解释？
• RQ4 致密天体的吸积与喷流活动在调制高能辐射中起什么作用？
• RQ5 与宁静状态相比，天鹅座X-3在伽马射线耀发状态下的谱能分布（SED）如何变化？

主要发现

• 在2007年11月至2009年7月期间，AGILE-GRID探测到七次伽马射线耀发，每次持续1–2天，显著性均大于3σ。
• 耀发期间的平均伽马射线通量为131 ± 27（统计）± 10% × 10⁻⁸ photons cm⁻² s⁻¹，光子指数为Γ = 1.93 ± 0.23。
• 平均持续伽马射线通量为14 ± 3（统计）± 10% × 10⁻⁸ photons cm⁻² s⁻¹，表明耀发通量最高可达稳定状态的20倍。
• 所有伽马射线耀发均发生在软X射线谱态（RXTE/ASM计数率3–5 keV ≥ 3 counts s⁻¹）和硬X射线最小值期间，且先于主要射电耀发。
• 例外情况是2008年2月11–12日的耀发，发生在高硬X射线通量的过渡态，尽管Swift/BAT光曲线出现短暂凹陷，但仍与伽马射线/硬X射线反相关模式一致。
• 数据支持一种轻子逆康普顿模型，即地球附近喷流中的相对论性电子通过上散射软光子产生观测到的高能伽马射线。