[论文解读] Discovery of nearly coherent oscillations with a frequency of ~567 Hz during type-I X-ray bursts of the X-ray transient and eclipsing binary X 1658-298

R. Wijnands, Tod E. Strohmayer+1 more|CERN Bulletin|Aug 31, 2000

High-pressure geophysics and materials被引用 5

一句话总结

本文报告在食变源 X 1658–298 的 I 型 X 射线爆发中探测到约 567 Hz 的近乎相干振荡，表明中子星自转周期约为 1.8 ms。振荡频率在爆发衰减过程中最大上升达 5 Hz，为迄今观测到的最大变化量，且振荡受 X 射线吸变行为强烈调制，表明在高倾角系统中，几何结构与吸积过程对爆发振荡可探测性具有显著影响。

ABSTRACT

We report the discovery of nearly coherent oscillations with a frequency of 567 Hz during type-I X-ray bursts from the X-ray transient and eclipsing binary X 1658-298. If these oscillations are directly related to the neutron star rotation then the spin period of the neutron star in X 1658-298 is 1.8 ms. The oscillations can be present during the rise or decay phase of the bursts. Oscillations during the decay phase of the bursts show an increase in the frequency of 0.5 to 1 Hz. However, in one particular burst the oscillations reappear at the end of the decay phase at about 571.5 Hz. This represents an increase in oscillation frequency of about 5 Hz which is the largest frequency change seen so far in a burst oscillation. It is unclear if such a large change can be accommodated by present models used to explain the frequency evolution of the oscillations. The oscillations at 571.5 Hz are unusually soft compared to the oscillations found at 567 Hz. We also observed several bursts during which the oscillations are detected at much lower significance or not at all. Most of these bursts happen during periods of X-ray dipping behavior, suggesting that the X-ray dipping might decrease the amplitude of the oscillations (although several complications exist with this simple picture). We discuss our discovery in the framework of the neutron star spin interpretation.

研究动机与目标

• 研究在 X 射线暂现源 X 1658–298 的 I 型 X 射线爆发期间是否存在并具有何种近乎相干振荡（NCO）特性。
• 在系统具有高倾角、食变特性的前提下，判断所观测到的振荡是否与中子星自转调制一致。
• 考察 X 射线吸变与轨道状态对爆发振荡可探测性及频率演化的影响。
• 评估系统倾角、质量吸积率与磁场在促进或抑制爆发振荡中的作用。
• 评估通过此约束良好的系统利用爆发振荡测量中子星质量函数的可行性。

提出的方法

• 利用 Z²₁ 统计量分析档案中的 RXTE/PCA 数据，检测 14 次识别出的 I 型 X 射线爆发中的相干振荡。
• 使用高时间分辨率事件模式数据（122 μs 采样）研究爆发上升与衰减阶段的振荡行为。
• 比较不同爆发中振荡频率与振幅，特别是吸变与食变区间内与外的差异。
• 将爆发轮廓形态（如持续时间、通量过剩）与可探测振荡的存在或缺失进行关联。
• 通过测量爆发尾部的渐近频率来评估中子星自转频率，重点关注频率漂移现象。
• 评估几何与吸积相关因素（倾角、吸变、通量水平）作为振荡振幅与频率调制因子的可能作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在食变、吸变的 X 射线暂现源 X 1658–298 中，I 型 X 射线爆发期间是否可探测到近乎相干振荡？
• RQ2 所观测到的振荡频率演化——特别是某次爆发中频率上升 5 Hz——是否挑战现有爆发振荡频率漂移模型？
• RQ3 X 射线吸变活动如何影响高倾角系统中爆发振荡的可探测性与振幅？
• RQ4 X 1658–298 中中子星自转频率是否与爆发尾部观测到的渐近频率一致，还是频率漂移为显著影响因素？
• RQ5 系统倾角在多大程度上影响爆发振荡的可观测性？X 1658–298 与其它已知 NCO 源相比如何？

主要发现

• 在 X 1658–298 的 I 型 X 射线爆发期间探测到约 567 Hz 的近乎相干振荡，表明中子星自转周期约为 1.8 ms。
• 在一次爆发中，振荡频率在衰减阶段上升约 5 Hz 至 571.5 Hz，为迄今观测到的任何爆发振荡中最大的频率变化。
• 在五次爆发的衰减阶段探测到振荡，其中四次的频率上升 0.5–1 Hz，提示其可能与爆发演化相关。
• 尽管存在强烈的 X 射线吸变活动，爆发 9 仍表现出约 567 Hz 的强振荡，爆发 3 即使在轨道相位 0.86 附近也显示出约 567 Hz 的振荡，表明吸变并非总是抑制可探测振荡。
• 爆发 6、8、11、13 和 14 中振荡缺失或显著减弱，这些爆发或较暗或具有异常的光曲线形态，提示爆发能量学的物理差异可能影响振荡产生。
• 该系统的高倾角（75°–80°）及精确约束的轨道参数使其成为通过爆发振荡测量中子星质量函数的理想候选体，尽管频率漂移使该方法复杂化。