[论文解读] Disc-Jet coupling in the LMXB 4U1636-53 from INTEGRAL

M. Fiocchi, A. Bazzano+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 14

一句话总结

本研究首次利用 INTEGRAL 和 BeppoSAX 数据，在中子星低质量X射线双星 4U 1636–53 中探测到能量高于 30 keV 的硬X射线尾状辐射主导的发射。该谱最适配于康普顿化成分加幂律成分（Γ = 2.76），表明存在非热电子加速，支持硬尾来源于喷流，提示其存在类似黑洞双星中的吸积盘-喷流耦合机制。

ABSTRACT

We report on the spectral analysis results of the neutron star, atoll type, low mass X-ray Binary 4U1636-53 observed by INTEGRAL and BeppoSAX satellites. Spectral behavior in three different epochs corresponding to three different spectral states has been deeply investigated. Two data set spectra show a continuum well described by one or two soft blackbody plus a Comptonized components with changes in the Comptonizing electrons and black body temperature and the accretion rates, which are typical of the spectral transitions from high to low state. In one occasion INTEGRAL spectrum shows, for first time in this source, a hard tail dominating the emission above 30 keV. The total spectrum is fitted as the sum of a Comptonized component similar to soft state and a power-law component (Gamma=2.76), indicating the presence of a non thermal electron distribution of velocities. In this case, a comparison with hard tails detected in soft states from neutron stars systems and some black hole binaries suggests that a similar mechanism could originate these components in both cases.

研究动机与目标

• 研究中子星环状型低质量X射线双星 4U 1636–53 在不同吸积状态下的谱变特征。
• 确定在一次 INTEGRAL 观测中能量高于 30 keV 的高能X射线尾的起源。
• 检验此前在黑洞双星中观测到的吸积盘-喷流耦合机制是否存在于中子星低质量X射线双星中。
• 评估非热电子分布在此硬X射线谱形成中的作用。
• 评估射电-X射线相关性作为该中子星系统喷流活动的证据。

提出的方法

• 利用 INTEGRAL（JEM-X 和 IBIS）与 BeppoSAX（LECS、MECS、PDS）仪器在三个观测 epoch 上的同步宽能段数据进行谱分析。
• 采用康普顿化模型并加入黑体成分，通过添加幂律成分来拟合 30 keV 以上的硬尾。
• 基于 PDS 数据的固定上升时间阈值应用交叉定标常数与背景剔除技术。
• 使用离线科学分析（OSA v5.1）软件处理 INTEGRAL 数据，并从 5 至 150 keV 提取全段谱。
• 比较软态、硬态和特殊态下的谱参数（电子温度、光学深度、黑体温度、吸积率）。
• 通过悉尼大学莫龙格洛天空 Survey 数据估算射电流量，计算射电明亮度（PR/PX），并与已知喷流源比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 4U 1636–53 中能量高于 30 keV 的硬X射线尾的成因是什么？其与标准康普顿化模型有何不同？
• RQ2 在硬态中观测到的幂律成分是否表明存在喷流，如同在黑洞X射线双星中所见？
• RQ3 吸积率在不同谱态中如何变化？这对吸积流几何结构有何启示？
• RQ4 基于X射线与射电相关性，该中子星低质量X射线双星是否存在吸积盘-喷流耦合的证据？
• RQ5 非热电子分布的存在是否可解释特殊态中观测到的谱特征？

主要发现

• 首次在 4U 1636–53 中通过 INTEGRAL 观测探测到能量高于 30 keV 的硬X射线尾，其最佳拟合为光子指数 Γ = 2.76 的幂律成分。
• 特殊态下的总谱最适配于低温热电子分布（3–4 keV）的康普顿化与非热幂律电子成分的组合。
• 软态下的吸积率估计为 7.3 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹，而硬态下为 4.0 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹，表明硬态中吸积率较低。
• 特殊态表现出极高的吸积率（约 2.1 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹），尽管该值可能受低能区陡峭幂律成分影响。
• 在 843 GHz 处探测到射电流量（7.5 mJy），估算的射电明亮度（5 GHz 时为 1.1–2.2 Jy/Crab）与喷流活动一致，且与黑洞候选体及其他喷流型 LMXBs 相当。
• 硬尾的存在与高射电明亮度支持幂律成分起源于喷流的假设，表明中子星系统中存在吸积盘-喷流耦合，挑战了此类特征仅见于黑洞双星的传统观点。