[论文解读] On the origin of X-ray dips in Her X-1

N. I. Shakura, М. Е. Прохоров+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出，英仙座X-1中的X射线掩食源于光学星因X射线照射而驱动的喷流，这些喷流在X射线到达吸积盘之前沿视线方向吸收X射线。不对称加热与潮汐力矩导致吸积盘摆动，从而在主开启和短开启状态期间产生预掩食及I型异常掩食；而II型掩食与掩食后恢复仅在开启后的第一圈轨道出现，这是由于吸积盘的瞬时遮挡所致。

ABSTRACT

A strong X-ray illumination of the optical star atmosphere in Her X-1, asymmetric because of a partial shadowing by the tilted twisted accretion disk around central neutron star, leads to the formation of matter flows coming out of the orbital plane and crossing the line of sight before entering the disk. We suggest that the absorption of X-ray emission by this flow leads to the formation of pre-eclipse and anomalous dips of type I. These dips are observed during several orbits after turn-on both in the main-on and short-on state. Almost coherent action of tidal torques and matter streams enhances the disk wobbling which causes the disk edge to shield the X-ray source after the turn-on. Anomalous dips of type II and post-eclipse recovery appear due to this process only on the first orbit after turn-on.

研究动机与目标

• 解释英仙座X-1中X射线掩食的成因，特别是主开启和短开启状态期间观测到的预掩食及I型异常掩食。
• 研究X射线照射光学星在驱动穿越视线方向的物质流中的作用。
• 阐明II型异常掩食与掩食后恢复的机制，这些现象仅在开启后的首圈轨道出现。
• 探讨潮汐力矩与物质流如何增强吸积盘摆动，导致X射线源的瞬时遮挡。

提出的方法

• 模拟由于倾斜且扭曲的吸积盘部分遮挡，光学星大气层受到的非对称X射线照射。
• 模拟由脉冲星X射线辐射加热引起的光学星大气层物质流的形成。
• 分析这些喷流对视线方向X射线的吸收，导致光变曲线中可观测到的掩食。
• 引入作用于吸积盘的潮汐力矩，以模拟吸积盘摆动及其随时间变化的遮挡效应。
• 利用开启后吸积盘取向的时间演化，解释II型掩食与掩食后恢复的瞬时特性。
• 将模型预测与观测光变曲线进行对比，识别各类掩食出现的条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么导致了英仙座X-1中预掩食与I型异常掩食的产生？为何它们在开启后多个轨道中持续出现？
• RQ2 光学星受X射线照射产生的喷流如何贡献于X射线吸收与掩食形成？
• RQ3 为何II型异常掩食与掩食后恢复仅在开启后的首圈轨道出现？
• RQ4 潮汐力矩与物质流在增强吸积盘摆动与瞬时遮挡中扮演何种角色？
• RQ5 光学星的非对称X射线照射如何导致一致的X射线吸收特征？

主要发现

• 预掩食与I型异常掩食由光学星大气层非对称照射驱动的喷流对X射线的吸收所致。
• 由于持续的喷流活动与潮汐力矩驱动的协调摆动，掩食在开启后持续多个轨道。
• II型异常掩食与掩食后恢复为瞬时现象，仅在开启后的首圈轨道出现，源于初始的吸积盘摆动与遮挡。
• 潮汐力矩与物质流的共同作用增强了吸积盘摆动，从而有效遮挡X射线源。
• 该模型通过照射、喷流与吸积盘动力学的相互作用，解释了主开启与短开启状态中掩食的观测时序与重复性。
• 非对称X射线照射是观测掩食形态的主要驱动力，视线方向穿越喷流是关键的吸收机制。