[论文解读] Long-Term Variability of the Hard X-ray Source GRS 1758-258: GRANAT/SIGMA Observations

С. И. Кузнецов, M. Gilfanov+14 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 1999

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究基于1990至1998年GRANAT/SIGMA对GRS 1758-258的长期硬X射线监测，揭示了其在长达一年的时间尺度上通量变化幅度至少达8倍，平均通量约为60 mCrab。该源在40–150 keV能量范围内呈现幂律谱，光子指数α ≈ 1.86，其持续明亮状态表明吸积盘不稳定性因X射线加热而被抑制，从而对双星伴星的质量和轨道周期提供了约束。

ABSTRACT

The results of GRANAT/SIGMA hard X-ray observations of GRS 1758-258 in 1990-1998 are presented. The source lies at ~5\\arcdeg from the Galactic Center and was within the SIGMA field of view during the GRANAT surveys of this region. The total exposure time of the Galactic Center was 11x10^6 s. The regular SIGMA observations revealed strong variability of the source: the 40-150 keV flux varied at least by a factor of 8 on a time scale of a year, between less than 13 mCrab and ~100-110 mCrab. The average flux was ~60 mCrab in 1990-1998. The source's spectrum is well fitted by a power law with a photon index \\alpha ~1.86 in the energy range 40 to 150 keV and becomes steeper at energies above ~100 keV. The radio and hard X-ray properties of GRS 1758-258 are similar to those of another Galactic Center source, 1E1740.7-2942. GRS 1758-258 and 1E1740.7-2942 are the two brightest hard X-ray sources in the Galactic Center region. Both sources have radio jets, similar X-ray luminosities (~10^37 erg/s), and spectra, and exhibit variations in the hard X-ray flux on long times scales by a factor of ~10 or more . In contrast to most of the known black hole candidates, which are X-ray transients, GRS 1758-258 and 1E1740.7-2942 were detected by SIGMA during most of the observations in 1990-1998. Assuming that this behavior of the sources implies the suppression of accretion-disk instability in the region of partial hydrogen ionization through X-ray heating, we impose constraints on the mass of the optical companion and on the orbital period of the binary system.

研究动机与目标

• 利用档案GRANAT/SIGMA数据，研究硬X射线源GRS 1758-258的长期变异性。
• 确定GRS 1758-258在1990–1998年期间40–150 keV能量范围内的光谱特性。
• 将GRS 1758-258的X射线与射电特性与另一颗明亮的银河系中心源1E1740.7-2942进行比较。
• 通过分析吸积盘不稳定性被抑制的现象，推断双星系统的质量与轨道周期约束。

提出的方法

• 分析1990至1998年间收集的GRANAT/SIGMA硬X射线观测数据，对银河系中心区域总曝光时间为11 × 10⁶秒。
• 在40–150 keV能量范围内使用幂律模型对源通量进行谱拟合，以确定光子指数α。
• 将X射线光 light curve 与射电数据进行比较，识别与1E1740.7-2942的关联性与相似性。
• 通过X射线加热在部分氢电离区抑制吸积盘不稳定的建模，推断双星系统参数。
• 利用观测到的持续通量水平与变异性幅度，约束光学伴星的质量与轨道周期。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRANAT/SIGMA观测到的GRS 1758-258硬X射线通量的长期变异性时间尺度与幅度为何？
• RQ2 GRS 1758-258在40–150 keV能段的能谱分布与幂律模型相比如何？
• RQ3 何种物理机制解释了GRS 1758-258持续高通量状态，与典型X射线暂现源行为形成对比？
• RQ4 GRS 1758-258的X射线与射电特性与1E1740.7-2942相比如何？这对其本质有何启示？
• RQ5 基于观测到的X射线行为，可对双星系统的质量与轨道周期施加何种约束？

主要发现

• GRS 1758-258在40–150 keV能段的通量在长达一年的时间尺度上变化幅度至少达8倍，通量范围从低于13 mCrab至约100–110 mCrab。
• 1990–1998年间的平均通量约为60 mCrab，表明其相对于典型X射线暂现源处于持续明亮状态。
• 该源的能谱可用幂律模型良好描述，光子指数α ≈ 1.86（40–150 keV范围），在约100 keV以上能量处变得更陡。
• GRS 1758-258与1E1740.7-2942具有相似的X射线光度（~10³⁷ erg/s）、能谱与射电喷流特性，表明它们属于一类持续的硬X射线源。
• 持续的高通量状态意味着吸积盘不稳定性因X射线加热在部分氢电离区被抑制，从而对光学伴星的质量与轨道周期提供了约束。