[论文解读] Continuum Power Spectrum Components in X-Ray Sources: Detailed Modelling and Search for Coherent Periodicities

L. Stella, E. Arlandi+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 1994

Crystallography and Radiation Phenomena被引用 4

一句话总结

本文提出了两种先进的X射线功率谱分析技术：通过最大似然拟合连续谱功率谱分量，揭示了活动星系核EXOSAT光 light curves 中更陡的对数斜率；以及一种通过识别连续谱背景上的窄峰来检测有色噪声中相干周期性的方法。主要成果是在爆发源MXB1636-539中发现了显著的X射线轨道调制，调制度达到百分之几的水平。

ABSTRACT

This paper summarises two recently developed techniques in power spectral analysis and their application to a sample of X-ray light curves of accreting collapsed objects in active galactic nuclei and X-ray binaries. The first technique is designed to carry out detailed model fitting of continuum power spectrum components arising from noise variability by using maximum likelihood methods. The technique is applied to the light curves of a number of highly variable AGNs observed with EXOSAT. Substantially steeper logarithmic power spectrum slopes are obtained than previously estimated with standard methods. The second technique was devised in order to reveal coherent periodicities in the presence of ``coloured" (i.e. non--white) noise variability components from the source. To this aim the power spectra are searched for significant narrow peaks superposed on the ``coloured" continuum components. We present the results of a search for an orbital modulation in the light curves of a sample of 25 low mass X--ray binaries (LMXRBs), for which the orbital period is either unknown or detected only at optical wavelengths. This led to the discovery of a significant X--ray orbital modulation at the few percent level in the burster MXB1636-539.

研究动机与目标

• 通过用最大似然拟合替代标准方法，提高X射线源连续谱功率谱建模的准确性。
• 在以有色噪声为主导的X射线光 light curves 中检测相干周期性，特别是对轨道周期不确定的低质量X射线双星（LMXRBs）进行检测。
• 在25个LMXRBs样本中搜索X射线轨道调制，这些源的轨道周期此前仅通过光学观测得知或尚不明确。
• 对EXOSAT观测的高变活动星系核（AGNs）进一步精修功率谱斜率的估计。

提出的方法

• 采用最大似然估计来建模X射线光 light curves 中的连续谱功率谱分量，使斜率确定比传统方法更精确。
• 应用一种检测算法，用于在叠加于有色噪声背景的功率谱中搜索窄而显著的峰。
• 利用统计框架评估检测到的峰的显著性，确保其并非由随机涨落引起。
• 聚焦于EXOSAT观测的AGNs和LMXRBs的光 light curves，同时应用建模与周期性检测技术。
• 通过与已知的光学轨道周期对比并评估在百分之几水平上的显著性来验证结果。
• 使用uuencoded tar-compressed PostScript格式进行数据与结果的分发。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用最大似然法而非标准技术建模时，高度变亮的AGNs的真实对数功率谱斜率是多少？
• RQ2 当基本变异性以有色噪声为主导时，能否可靠地检测到X射线光 light curves 中的相干周期信号？
• RQ3 在轨道周期不确定或仅在光学波段检测到的低质量X射线双星中，是否存在X射线轨道调制的证据？
• RQ4 应用先进谱拟合技术是否揭示了比以往报告更陡的AGN光 light curves 功率律斜率？
• RQ5 在MXB1636-539的X射线光 light curve 中检测到的任何周期性的显著性水平是多少？

主要发现

• 最大似然拟合方法在EXOSAT观测的AGN光 light curves 中得到的对数功率谱斜率明显比以往标准方法估计的更陡。
• 在爆发源MXB1636-539中检测到显著的X射线轨道调制，调制度达到百分之几水平，表明在轨道周期处存在相干变异性。
• 在MXB1636-539的功率谱中检测到一个位于有色噪声背景之上的窄峰，证实了X射线中存在相干周期性。
• 本研究表明，标准方法可能低估了变异性X射线源中功率谱斜率的陡度。
• 该技术成功识别出一个此前轨道周期未知或仅从光学数据推断的源中的相干信号。
• 结果验证了在有色噪声中使用最大似然法与峰检测技术，可有效识别X射线变异性中的微弱相干信号。