[论文解读] Broad-band BeppoSAX observation of the low-mass X-ray binary X1822-371

A. N. Parmar, T. Oosterbroek+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 3

一句话总结

本研究基于BeppoSAX对低质量X射线双星X 1822-371的超宽带观测，揭示了其在0.3–40 keV能量段内具有异常复杂的能谱，最佳拟合模型为康普顿化辐射与强黑体辐射成分的组合，后者在1–10 keV波段贡献超过40%的通量。观测到一个显著的1.33 keV吸收跃迁，光学深度为0.28，暗示其可能源于高度电离的氖或中性镁，但未检测到强烈的Fe-K或O-K跃迁，这与标准吸积盘冕模型相矛盾。

ABSTRACT

Results of a 1997 September 9-10 BeppoSAX observation of the 5.57 hr low-mass X-ray binary (LMXRB) X1822-371 are presented. The 0.3-40 keV spectrum is unusually complex and cannot be fit by any of the standard models applied to other LMXRB. At least two components are required. One component has a shape consistent with that expected from the Comptonization of an input soft (Wein) spectrum while the other, contributing ~40% of the 1-10 keV flux, is consistent with being a blackbody. In addition, there is a ``dip'' in the spectrum which can be modeled by a 1.33 +0.05 -0.11 keV absorption edge with an optical depth, tau, of 0.28 +/- 0.06. If the same model is fit to ASCA Solid-State Imaging Spectrometer spectra obtained in 1993 and 1996, then reasonable fits are also obtained, with a similar absorption feature required. The nature of this feature is highly uncertain; its energy corresponds to the K-edges of highly ionized Ne x and neutral Mg, or to an L-edge of moderately ionized Fe. Surprisingly, no strong (tau > 0.05) Fe-K or (tau > 0.18) O-K edges are visible. The folded lightcurve of X1822-371 is similar to previous observations, except that no strong softening is seen near the eclipse. An updated orbital ephemeris is provided.

研究动机与目标

• 利用BeppoSAX卫星在0.3–40 keV能量段的同步数据，表征低质量X射线双星X 1822-371的超宽带X射线能谱。
• 解决先前来自HEAO-1、EXOSAT、Ginga和ASCA的谱拟合结果中存在不一致的问题，如约1.5 keV处的凹陷及异常的Fe-K线强度比。
• 确定观测到的能谱复杂性是否源于本征辐射过程，或源于吸积盘冕（ADC）中的再处理过程，尤其考虑到该系统为边缘朝向的倾角。
• 通过与早期ASCA观测结果对比，检验能谱特征（尤其是1.33 keV吸收跃迁）的时间稳定性。

提出的方法

• 分析BeppoSAX卫星在0.3–40 keV能量段的同步X射线数据，覆盖全能量范围且灵敏度高。
• 采用康普顿化模型（comptt）与黑体成分组合进行谱拟合，分别表征非热与热辐射。
• 在约1.33 keV处引入可变光学深度的吸收跃迁模型，以解释观测到的能谱凹陷。
• 将BeppoSAX结果与1993年和1996年ASCA SIS档案光谱进行对比，评估能谱稳定性和吸收特征的一致性。
• 利用硬度比与折叠光 lightcurves 分析能谱变异性，并确认掩食附近无显著软化现象。
• 应用y参数形式化方法评估康普顿化效率，y ≈ 25–40 表明光谱已饱和，呈维恩型分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么原因导致X 1822-371的X射线能谱异常复杂，无法用标准LMXRB模型拟合？
• RQ2 为何1–10 keV波段的通量中黑体成分贡献超过40%，与典型LMXRB行为相悖？
• RQ3 1.33 keV吸收跃迁（光学深度0.28）的物理起源为何？为何未检测到强烈的Fe-K或O-K跃迁？
• RQ4 如与早期ASCA观测对比所示，该能谱特征是否具有时间稳定性？
• RQ5 所推导的康普顿化参数（kTe ≈ 5–10 keV，τp ≈ 22–26）与球状星团LMXRB中观测到的相关性相比如何？

主要发现

• X 1822-371在0.3–40 keV能段的能谱至少需要两个组分：康普顿化连续谱与强黑体辐射，后者在1–10 keV波段贡献超过40%的通量。
• 为拟合能谱凹陷，需引入一个1.33 ± 0.05/0.11 keV的显著吸收跃迁，光学深度为0.28 ± 0.06，暗示其可能为高度电离Ne x或中性Mg的K边。
• 1993年和1996年ASCA SIS光谱中均需引入相同的吸收特征，表明该特征在时间上稳定，但其物理起源仍不明确。
• 未检测到强烈的Fe-K（τ > 0.05）或O-K（τ > 0.18）跃迁，与光致电离ADC模型的预期相矛盾。
• 康普顿化参数得出的y参数为25–40，表明光谱已饱和，呈维恩型分布，与高光学深度及电子温度5–10 keV一致。
• 所推导的τp与kTe值与球状星团LMXRB中观测到的光度依赖性趋势一致，提示吸积率与康普顿化等离子体性质之间存在关联。