[论文解读] Broadband spectral analysis of MXB 1659-298 in its soft and hard state

S. M. Mazzola, R. Iaria+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 63被引用 6

一句话总结

本研究利用XMM-Newton、NuSTAR和Swift数据，对毫秒脉冲星低质量X射线双星MXB 1659-298在软态和硬态下的超宽带X射线谱进行分析。结果表明，两种状态均需包含相对论性拖曳的反射成分、康普顿化连续谱和电离吸收；软态包含一个盘-黑体谱和康普顿化成分，其电子温度kTe ≈ 2.01 keV，而硬态则表现出高温康普顿化成分（kTe > 150 keV），表明存在紧凑的冕区和显著的相对论性效应在吸积盘反射中起作用。

ABSTRACT

The X-ray transient eclipsing source MXB 1659-298 went in outburst in 1999 and 2015, respectively, during which it was observed by XMM-Newton, NuSTAR and Swift. Using these observations we studied the broadband spectrum of the source to constrain the continuum components and to verify the presence of a reflection component. We analysed the soft and hard state of the source, finding that the soft state can be modelled with a thermal component associated with the inner accretion disc plus a Comptonised component. A smeared reflection component and the presence of an ionised absorber are also requested in the best-fit model. On the other hand, the direct continuum emission in the hard state can be described by a Comptonised component with a temperature larger than 150 keV. Also in this case a reflection component and a ionised absorber are observed.

研究动机与目标

• 理解MXB 1659-298在不同X射线态下的连续谱和反射成分特性。
• 利用超宽带X射线数据约束吸积盘和冕区的物理条件。
• 研究电离吸收和相对论性反射的存在性及其特性。
• 通过谱拟合确定康普顿化等离子体的几何结构和光学厚度。
• 评估相对论性拖曳在两种谱态中对Fe-K发射线轮廓的塑造作用。

提出的方法

• 结合1999年和2015年爆发期间XMM-Newton（EPN、RGS）、NuSTAR和Swift/XRT观测的持续发射谱。
• 采用XSPEC模型，包括用于盘-黑体发射的diskbb、用于热康普顿化的nthComp，以及用于相对论性拖曳反射的rxfconv。
• 应用zxipcf模型，通过可变光学厚度和电离参数描述部分遮蔽的电离吸收体。
• 基于先前的食变时间研究，固定红移z = 0、太阳铁丰度及倾角θ = 72°。
• 使用rdblur模型，通过幂律指数描述反射成分的相对论性拖曳效应。
• 在能量段内执行χ²最小化拟合：软态为0.4–2 keV（RGS）、0.6–12 keV（EPN）、3–35 keV（NuSTAR）和0.5–9 keV（Swift）；硬态为0.45–2 keV、0.6–12 keV和3–55 keV。

实验结果

研究问题

• RQ1 MXB 1659-298的软态和硬态下连续谱的本质是什么？
• RQ2 相对论性反射和电离吸收如何影响两种谱态下的X射线谱？
• RQ3 软态和硬态下康普顿化等离子体的光学厚度和温度分别是多少？
• RQ4 Fe-K线轮廓和反射归一化对冕区和吸积盘几何结构施加了何种约束？
• RQ5 两种状态下的吸收物质电离参数和柱密度有何差异？

主要发现

• 软态谱需要一个内温度为0.27 ± 0.02 keV的盘-黑体成分，以及一个内盘半径为50⁺⁵₋₁₀ km（R_in√cosθ）的盘面。
• 软态包含一个电子温度为2.01 ± 0.04 keV、光子指数为1.70 ± 0.02的康普顿化成分。
• 在两种谱态中，均需存在相对论性拖曳的反射成分，其反射归一化在软态为0.30 ± 0.08，在硬态为0.48 ± 0.06。
• 硬态表现出高温康普顿化成分，其kTe > 150 keV，表明存在紧凑且高温的冕区。
• 软态的电离参数log ξ为2.72⁺⁰.⁰⁷₋₀.¹⁰，硬态为1.99⁺⁰.⁰⁴₋₀.¹¹，表明软态中电离程度更高。
• 软态中康普顿化等离子体的光学厚度估计为8 < τ < 16（光学厚），而硬态中τ < 0.7（光学薄），与谱趋势一致。