[论文解读] Dipping -versus Flaring in Z-track sources: resolving the controversy

M. Bałucińska‐Church, M. J. Church+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2011

Oil, Gas, and Environmental Issues被引用 4

一句话总结

本文通过表明天鹅座 X-2 中的深度吸收事件是由外盘面的光致电离吸收引起，而非喷发，解决了 Z 轨迹源中下垂与喷发长期混淆的问题。多波段数据的光谱分析表明，天鹅座 X-2 中的喷发分支实际上是由吸收事件引起，而非质量吸积率增加，从而否定了先前关于吸积率单调增加以及天鹅类源中高倾角区别的假设。

ABSTRACT

We review the longterm confusion which has existed over the nature of flaring in the brightest class of low mass X-ray binary: the Z-track sources, specifically in the Cygnus X-2 sub-group. Intensity reductions in the lightcurve produce a branch in colour -colour diagrams similar to that of real flares in the Sco X-1 like group, and the nature of this branch was not clear. However, based on observations of Cygnus X-2 in which this dipping/flaring occurred it was proposed that the mass accretion rate in Z-track sources in general increases monotonically along the Z-track towards the Flaring Branch, a standard assumption widely held. It was also suggested that the Cygnus X-2 group have high inclination. Based on recent multi-wavelength observations of Cygnus X-2 we resolve these issues, showing by spectral analysis that the Dipping Branch consists of absorption events in the outer disk, unrelated to the occasional real flaring in the source. Thus motivation for Mdot increasing along the Z from Horizontal - Normal to Flaring Branch is removed, as is the idea that high inclination distinguishes the Cygnus X-2 group. Finally, the observations provide further evidence for the extended nature of the Accretion Disk Corona (ADC), and the correct modelling of the ADC Comptonized emission is crucial to the interpretation of low mass X-ray binary data.

研究动机与目标

• 解决长期困扰的 Z 轨迹源中 X 射线下垂与喷发之间的混淆问题，特别是天鹅座 X-2 子群中的情况。
• 确定天鹅座 X-2 中的喷发分支是否由真实喷发引起，还是由吸收事件引起。
• 检验广泛持有的假设，即质量吸积率 ($\dot{M}$) 沿 Z 轨迹从水平分支到喷发分支单调增加。
• 评估高倾角几何结构是否可作为区分天鹅类与蝎虎类 Z 轨迹源的依据。
• 通过下垂事件的光谱拟合，探究吸积盘冕（ADC）的物理本质。

提出的方法

• 利用 RXTE、XMM-Newton 和 Chandra 仪器对 2009 年天鹅座 X-2 多波段观测的 X 射线数据进行系统性光谱拟合。
• 应用部分遮蔽吸收模型拟合下垂事件，分析遮蔽分数和光学深度的变化。
• 利用 RXTE 归档数据分析谱硬化-强度图和颜色-颜色图，识别与下垂相关的深度强度降低。
• 比较正常分支、水平分支、喷发分支及第四个类似下垂的分支中光谱参数（黑体温度 $kT$、半径 $R_{\rm BB}$ 和 ADC 辐射亮度）的变化。
• 使用衍射光栅光谱仪（RGS、HETGS）检测连续谱下降，而光学深度未增加，证实为吸收而非本征谱变化。
• 通过建模下垂进入期间康普顿化辐射的渐进移除，评估 ADC 的延展性，结果与空间上延展的冕结构一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 天鹅座 X-2 中喷发分支上观测到的强度降低是由真实喷发引起，还是由吸收事件引起？
• RQ2 质量吸积率 ($\dot{M}$) 是否沿 Z 轨迹从水平分支到喷发分支单调增加？
• RQ3 天鹅座 X-2 子群是否因高倾角几何结构而与蝎虎类 Z 轨迹源相区别？
• RQ4 在某些 Z 轨迹源（如 GX 5-1 和 GX 340+0）中观测到的第四个分支，其强度从喷发分支下降，其物理起源是什么？
• RQ5 下垂事件的行为揭示了吸积盘冕（ADC）的空间范围如何？

主要发现

• 天鹅座 X-2 中的喷发分支并非由喷发引起，而是由外盘面的光致电离吸收引起，下垂期间约 40% 的 ADC 康普顿化辐射被遮蔽。
• 当从喷发分支过渡到第四个类似下垂的分支时，$kT$ 和 $R_{\rm BB}$ 等光谱参数无突变，表明中子星或内盘无物理变化。
• ADC 康普顿化辐射的亮度在第四个分支上降低，与质量吸积率 ($\dot{M}$) 的连续减少一致，而非与吸收相关的改变。
• GX 5-1 和 GX 340+0 中的第四个分支与吸收无关，光谱拟合结果证实光谱参数和光学深度均无变化。
• 下垂进入期间康普顿化辐射的渐进移除，最佳由部分遮蔽吸收模型中遮蔽分数逐渐增加来描述，为存在延展的康普顿化区域提供了有力证据。
• 假设 ADC 是一个大小不超过 1000 公里的紧凑点源不再成立，因为观测到的下垂演化要求存在空间上延展的冕结构。