[论文解读] On the nature of the X-ray pulsar XTE J1859+083 and its broadband properties

Alexander Salganik, Sergey S. Tsygankov+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 42被引用 8

一句话总结

本研究利用NuSTAR与Swift数据，对2015年爆发期间的X射线脉冲星XTE J1859+083进行了首次能量覆盖范围为0.8–79 keV的宽带X射线谱和时域分析。研究发现，在该能量范围内脉动分数保持约35%的恒定值，这一现象在X射线脉冲星中较为罕见；同时未探测到回旋共振吸收线，表明其磁场强度可能小于5×10¹¹ G或大于5×10¹² G。光学与红外后续观测确认该系统为一颗Be型X射线双星，其B型伴星距离约为12–22 kpc。

ABSTRACT

This work is devoted to the study of the broadband 0.8-79 keV spectral and timing properties of the poorly studied X-ray pulsar XTE J1859+083 during its 2015 outburst based on the data from the NuSTAR and Swift observatories. We show that the source pulse profile has complex shape that depends on the energy band. Pulse fraction of XTE J1859+083 has constant value around 35% in the broad energy band, this behaviour is atypical for X-ray pulsars. At the same time its energy spectrum is typical of this class of objects and has a power-law shape with an exponential cutoff at high energies. No cyclotron absorption line was discovered in the source spectrum. On the basis of indirect method and the absence of a cyclotron line, an estimation was made for the magnetic field strength as less than $5 imes10^{11}$ G or belonging to the interval from $5 imes10^{12}$ to $2.0^{+0.9}_{-1.2} imes10^{13}$ G. Data from the NOT and SALT telescopes as well as optical and IR sky surveys allowed us also to study the nature of its optical companion. We have proposed and studied new possible candidates for the optical companion of XTE J1859+083 and the most likely candidate was identified. The results of the optical and IR photometry and spectroscopy of these possible companions showed that the system is a Be X-ray binary, showing Br$\gamma$, He I and strong H$\alpha$ spectral lines.

研究动机与目标

• 表征在2015年爆发期间对研究较少的X射线脉冲星XTE J1859+083的宽带X射线谱和时域特性。
• 利用多波段数据确定光学伴星的性质，并确认该双星系统的类型。
• 基于回旋线的缺失和相位分辨谱分析，估算中子星的磁场强度。
• 利用X射线宁静态的光度上限和光学/红外测光数据，约束该系统的距离。

提出的方法

• 利用NuSTAR（3–79 keV）和Swift/XRT（0.8–10 keV）的同步X射线观测，构建了系统的宽带谱。
• 使用XSPEC对谱进行拟合，模型包含幂律、指数截断及吸收成分。
• 应用相位分辨谱分析，在特定自转相位搜索回旋吸收特征。
• 结合NOT和SALT的光学与红外测光数据及天空巡天数据，识别并表征光学伴星。
• 利用颜色-星等图和标准消光律（Cardelli et al. 1989），估算消光与距离。
• 利用宁静态X射线非探测的光度限制，为系统距离设定下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在0.8–79 keV能量范围内，XTE J1859+083的宽带X射线谱和时域特性如何？
• RQ2 该源是否表现出回旋吸收线？其缺失对中子星磁场强度有何含义？
• RQ3 光学伴星的性质是什么？系统的距离是多少？
• RQ4 光学与红外测光特性如何支持Be型恒星伴星的识别？
• RQ5 能否利用宁静态X射线光度上限来约束系统距离？

主要发现

• 在0.8–79 keV能量范围内，脉动分数保持约35%的恒定值，这一行为在X射线脉冲星中较为罕见。
• 在5–50 keV能量范围内未探测到回旋吸收线，表明中子星磁场强度可能小于5×10¹¹ G或大于5×10¹² G。
• 基于低通量下未出现自旋排斥效应，最可能的中子星磁场强度估计为2.0+0.9−1.2 ×10¹³ G。
• 光学伴星被识别为Be星，具有强Hα、Brγ和He I发射线，证实该系统为Be型X射线双星。
• 系统的距离被约束在11.7–21.5 kpc之间，最可能值约为12–15 kpc，与B型恒星的Gaia距离估计一致。
• 由光学/红外消光推导出的氢柱密度（NH ≈ 2.6–3.1×10²² cm⁻²，针对伴星）与X射线谱拟合结果一致，支持了伴星的识别。