[论文解读] An X-ray Survey of Colliding Wind Binaries

Marc Gagné, G. Fehon+4 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本研究整合了钱德拉、XMM-牛顿和ROSA T对36个O+O和89个沃尔夫-拉叶（WR）双星系统的X射线数据，以探究X射线特性与系统参数之间的关联。研究发现，尽管主星相似，WR双星系统的X射线光度仍存在近四个数量级的展宽，且大多数系统的$ kT > 0.9 $ keV；O+O双星系统在短周期系统中表现出较软的X射线谱，在长周期系统中则呈现较硬的谱，表明致密星风碰撞中通过薄壳层混合实现冷却。

ABSTRACT

We have compiled a list of 36 O+O and 89 Wolf-Rayet binary candidates in the Milky Way and Magellanic clouds detected with the Chandra, XMM-Newton and ROSAT satellites to probe the connection between their X-ray properties and their system characteristics. Of the WR binaries with published parameters, all but two have kT > 0.9 keV. The most X-ray luminous WR binaries are typically very long period systems. The WR binaries show a nearly four-order of magnitude spread in X-ray luminosity, even among among systems with very similar WR primaries. Among the O+O binaries, short-period systems generally have soft X-ray spectra and longer period systems show harder X-ray spectra, again with a large spread in LX/Lbol.

研究动机与目标

• 探究大质量双星系统中X射线光度与系统参数之间的关联。
• 确定在O+O和WR双星中，星风碰撞激波还是嵌入式星风激波主导X射线发射。
• 评估星风激波冷却机制（如薄壳层混合）在塑造观测到的X射线谱和光度中的作用。
• 利用多任务数据编制一份全面且更新的X射线明亮O+O和WR双星目录。

提出的方法

• 查阅文献，并将钱德拉、XMM-牛顿和ROSA T的X射线源与已知的O+O和WR双星星表（SB9和van der Hucht 2001）进行交叉匹配。
• 收集36个O+O和89个WR双星的X射线通量、柱密度、距离及光谱参数（如$ kT $）数据。
• 利用可靠的距离和通量测量值，计算未吸收的0.5–8 keV X射线光度（$ L_{\rm X} $）和$ L_{\rm X}/L_{\rm bol} $比值。
• 对变源，采用多次观测或多个仪器（如多个XMM相机）的中位X射线通量以提高$ L_{\rm X} $估计的准确性。
• 将结果与三维流体动力学模拟的星风碰撞激波进行比较，以检验理论预测。
• 以两份详细表格形式报告结果：一份为O+O双星，一份为WR双星，包含参考文献和系统参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 O+O双星中X射线光度与轨道周期之间存在何种关系？
• RQ2 为何一些WR双星尽管主星相似，却表现出极高的X射线光度？
• RQ3 O+O和WR双星中X射线谱温（$ kT $）如何随轨道周期变化？
• RQ4 像薄壳层混合这样的冷却机制在多大程度上影响了密近双星系统的X射线发射？
• RQ5 在O+O双星中，嵌入式星风激波还是星风碰撞激波是主导的X射线发射机制？

主要发现

• 在已发表参数的WR双星中，除两个外所有系统的$ kT > 0.9 $ keV，表明这些系统中存在高温、高能的激波。
• X射线最明亮的WR双星通常为极长周期系统，其$ \log L_{\rm X} \sim 33.0 $ cgs，与$ \eta $ Carinae相当。
• 尽管WR主星相似，WR双星的$ L_{\rm X} $仍存在近四个数量级的展宽。
• 短周期O+O双星（$ P < 10 $天）具有较软的X射线谱，$ kT < 0.8 $ keV，而长周期系统则呈现较硬的谱（$ kT > 1 $ keV）。
• O+O双星的$ L_{\rm X}/L_{\rm bol} $范围很广，从$-5.9$到$-7.7$，由于质量流失率较低，其光度低于WR双星。
• 对于$ \log L_{\rm X}/L_{\rm bol} < -7 $的O+O系统，嵌入式星风激波可能对X射线发射有显著贡献，提示存在复杂的激波特性和物理机制。