[论文解读] Column Densities Towards Three Bursting Low-Mass X-ray Binaries from High Resolution X-ray Spectroscopy

Patricia Wroblewski, Tolga Güver+1 more|ArXiv.org|Sep 30, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用钱德拉望远镜HETG获得的高分辨率X射线谱，测量了三颗爆发型低质量X射线双星（GX 17+2、4U 1705-44 和 4U 1728-34）的氢柱密度。通过建模Mg和Si吸收边，得到其$N_{\rm H} = (2.38 /pm 0.12)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$、$(2.44 /pm 0.09)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$ 和 $(2.49 /pm 0.14)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$，其中Mg吸收边结果更优，因Si吸收边存在仪器系统误差。

ABSTRACT

We measured the galactic hydrogen column densities to the neutron-star binaries GX 17+2, 4U 1705-44, and 4U 1728-34 by modeling the Mg and Si absorption edges found in high-resolution X-ray spectra obtained by the Chandra X-ray Observatory. We found for GX 17+2, N_H = (2.38 +/- 0.12) x 10^22 cm^-2, for 4U 1705-44, N_H = (2.44 +/- 0.09) x 10^22 cm^-2, and for 4U 1728-34, N_H = (2.49 +/- 0.14) x 10^22 cm^-2. These values are in reasonable agreement with the hydrogen column densities inferred earlier from modeling of the continuum spectra of the sources. Our results can be used to constrain the uncertainties of model parameters of the X-ray spectra of these sources that are correlated to the uncertainties of the hydrogen column density. In the case of continuum spectra obtained during thermonuclear X-ray bursts, they will significantly reduce the uncertainties in the spectroscopically measured masses and radii of the neutron stars.

研究动机与目标

• 利用高分辨率X射线谱学精确测定三颗爆发型低质量X射线双星的氢柱密度。
• 解决因仪器系统误差（尤其是硅吸收边附近）导致的柱密度测量差异。
• 提供模型无关的柱密度约束，以减少X射线爆发谱学中中子星质量与半径测量的不确定性。
• 与ROSAT、BeppoSAX和RXTE数据的先前连续谱估计结果进行验证与比较。
• 通过提供精确的星际消光值，支持未来利用红团星测量距离。

提出的方法

• 利用钱德拉高能透射光栅（HETG）在多个档案观测中获取GX 17+2、4U 1705-44和4U 1728-34的高分辨率X射线谱。
• 使用光电吸收模型拟合谱，测量Mg和Si吸收边的深度与能量，从而直接约束$N_{\rm H}$。
• 通过比较由Mg和Si吸收边推导出的$N_{\rm H}$值，评估系统误差，识别出与计数率相关的偏差，源于未校准的探测器响应特征。
• 优先采用Mg吸收边推导的$N_{\rm H}$值，因其结果更稳定，对仪器伪影的敏感性低于Si吸收边测量。
• 与ROSAT、BeppoSAX、RXTE和钱德拉的先前连续谱拟合结果交叉验证，采用不同谱模型（黑体、幂律、康普顿化黑体）。
• 利用测得的柱密度评估其对中子星半径测量的影响，鉴于$R \propto T_{\rm eff}^{-2}$关系及$T_{\rm eff}$与$N_{\rm H}$之间的强相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 从高分辨率X射线吸收边测量，GX 17+2、4U 1705-44和4U 1728-34的精确氢柱密度是多少？
• RQ2 Mg和Si吸收边测得的柱密度如何比较？可能解释差异的系统效应是什么？
• RQ3 Si吸收边处仪器响应不准确对$N_{\rm H}$估计的影响有多大？这种影响如何随源计数率变化？
• RQ4 与以往其他望远镜的连续谱估计相比，光栅谱获得的模型无关$N_{\rm H}$值有何差异？
• RQ5 这些改进后的$N_{\rm H}$值在多大程度上减少了X射线爆发谱学中中子星质量与半径测量的不确定性？

主要发现

• GX 17+2的氢柱密度为$N_{\rm H} = (2.38 /pm 0.12)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$，由Mg吸收边得出。
• 4U 1705-44的柱密度为$N_{\rm H} = (2.44 /pm 0.09)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$，Mg吸收边结果一致，且在低计数率下与Si吸收边测量结果存在显著差异。
• 4U 1728-34的柱密度为$N_{\rm H} = (2.49 /pm 0.14)\times 10^{22}$ cm$^{-2}$，由Mg吸收边得出，与BeppoSAX和钱德拉HETG连续谱拟合结果一致。
• Mg和Si吸收边推导出的$N_{\rm H}$值之间的差异与源计数率强相关，表明Si吸收边存在仪器系统误差，尤其在低通量水平下更为显著。
• 由于Mg吸收边结果更稳定且对探测器响应不确定性不敏感，因此更优。
• 结果与RXTE和BeppoSAX的先前连续谱估计一致，支持使用高分辨率光栅光谱学精确测定中子星研究中的$N_{\rm H}$。