[论文解读] High Energy Radiation from Neutron Star Binaries

T. Di Salvo, L. Stella|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2002

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 7

一句话总结

本文综述了脉冲星低质量X射线双星（LMXBs）中的硬X射线辐射，发现Z型与卵形类源中硬X射线光度分数与质量吸积率之间存在强烈的负相关性。研究提出，非热过程（可能与喷流或冕区康普顿化有关）产生了硬谱尾，而INTEGRAL有望通过检测能谱截止和多波段相关性来阐明辐射机制。

ABSTRACT

This paper surveys our current knowledge of the hard X-ray emission properties of old accreting neutron stars in low mass X-ray binaries. Hard X-ray components extending up to energies of a few hundred keV have been clearly detected in sources of both the Atoll and Z classes. The presence and characteristics of these hard components are discussed in relation to source properties and state. An overall anticorrelation between the fraction luminosity in hard X-rays and mass accretion rate is apparent over different sources spanning a large range of luminosities as well as individual source undergoing state changes. Evidence for a second, yet unknown, parameter controlling the hard X-ray emission is emerging. We draw a parallel with the spectral properties of X-ray binaries hosting a stellar mass accreting black hole, and conclude that, at a merely phenomenological level, there appears to be a close analogy between the spectral properties of black hole candidates in their high and intermediate states and Z-sources. We briefly mention models that have been proposed for the hard X-ray emission of neutron star low mass X-ray binaries and comment on perspectives in the INTEGRAL era.

研究动机与目标

• 表征LMXBs中老的吸积脉冲星在硬X射线能段（高达~200 keV）的谱成分。
• 研究硬X射线辐射与源态（尤其是质量吸积率）之间的相关性，涵盖不同LMXB类型。
• 探讨喷流相关的非热过程或冕区康普顿化是否导致硬X射线尾。
• 比较脉冲星LMXBs与黑洞X射线双星在高/中等态下的谱行为，尤其关注其差异。
• 评估INTEGRAL在解决硬X射线辐射起源与谱特性方面开放问题的潜力。

提出的方法

• 分析INTEGRAL及以往任务（如GRANAT/SIGMA）在Z型与卵形类LMXBs中的硬X射线数据。
• 利用X射线颜色-颜色图对源态进行分类，并将其与硬X射线辐射特性相关联。
• 采用涉及热康普顿化或非热电子分布的模型进行谱拟合。
• 将脉冲星LMXBs的硬X射线谱指数与截止能量，与高/中等态黑洞X射线双星的相应参数进行比较。
• 研究多波段相关性，包括射电辐射与QPO，以探测喷流活动与吸积流几何结构。
• 利用INTEGRAL对高能截止的敏感性，检测或约束幂律谱尾的高能截止，以区分热与非热起源。

实验结果

研究问题

• RQ1 在脉冲星LMXBs中，硬X射线光度分数与质量吸积率之间存在何种关系？
• RQ2 为何低吸积率源中硬X射线成分更显著？其物理机制是什么？
• RQ3 Z型源中的硬X射线辐射是否由冕区中的热康普顿化或喷流中的非热过程产生？
• RQ4 脉冲星LMXBs的谱特性与黑洞X射线双星在高/中等态下的谱特性有何异同？
• RQ5 INTEGRAL观测能否通过检测谱截止或与射电及QPO活动的相关性，解决硬X射线尾的起源问题？

主要发现

• 在Z型与卵形类LMXBs中，硬X射线光度分数与质量吸积率之间存在明确的负相关性。
• 已在多个老脉冲星LMXBs中探测到延伸至~200 keV的硬X射线成分，包括Terzan 2、KS 1731-260、SLX 1735-269和Terzan 1。
• 部分源中未检测到高能截止，表明电子温度可能超过~100 keV，这挑战了标准热康普顿化模型。
• 证据表明存在另一个未知参数（可能与喷流活动或磁场强度有关），在质量吸积率之外控制硬X射线辐射。
• LMXBs的射电辐射与质量吸积率呈负相关，支持喷流可能加速电子从而产生硬X射线尾的假设。
• INTEGRAL有望通过检测谱截止并开展协调的多波段研究，解决硬X射线成分的起源问题。