[论文解读] RXTE Observation of the X-ray burster 1E1724-3045. I : Timing study of the persistent X-ray emission with the PCA

Jean-Philippe Olive, D. Barret+4 more|ArXiv.org|Feb 4, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 5

一句话总结

本研究利用RXTE/PCA数据对X射线暴源1E1724-3045的持续X射线发射进行了时间分析。研究识别出两个主导的脉冲噪声成分，衰减 timescales 分别约为680 ms和16 ms，一个位于0.8 Hz的宽频QPO样特征，以及约25%的高频噪声分数RMS，表明该源为‘岛状’态阿特尔源。研究结果挑战了低频QPO与高RMS作为黑洞特征的唯一性，表明中子星系统中也存在类似行为。

ABSTRACT

We report on the RXTE/PCA observation of the X-ray burster 1E1724-3045 located in the globular cluster Terzan 2. The persistent X-ray emission shows a high level of noise variability, the so-called High Frequency Noise (HFN) with a fractional Root Mean Squared (RMS) of about 25% in the 2E-3 - 40 Hz range. The strong HFN together with the hardness of its X-ray spectrum suggest that 1E1724-3045 is an ``Atoll'' source which was in its ``Island'' state during the observation. The Fourier Power Density Spectra (PDS) can be modeled in terms of the sum of two ``shot noise'' components for which the shots have a single-side exponential shape. The characteristic shot decay timescales inferred from the best fitting of the PDS are ~680 and 16 msec respectively. The two components contribute similarly to the total RMS (about 15%). The PDS contains also a third component: a broad and asymmetric peaked noise feature centered at 0.8 Hz. This Quasi Periodic Oscillation-like (QPO) feature contributes at the level of ~ 10% to the total RMS. The integrated RMS of all three components shows a positive correlation with energy up to at least 40 keV. We also show that 1E1724-3045 has striking timing similarities with the black hole candidate GRO J0422+32 (Nova Persei 1992). Our observation demonstrates that a low frequency QPO simultaneously with a high level of RMS is not a timing signature unique to black holes. This extends the growing list of similarities between Atoll sources and black hole systems.

研究动机与目标

• 利用RXTE/PCA数据研究X射线暴源1E1724-3045持续X射线发射的时变特性。
• 确定观测到的变异性是否与已知吸积状态一致，特别是阿特尔源的‘岛状’态。
• 评估低频QPO与高分数RMS的存在是否专属于黑洞候选体。
• 将1E1724-3045的时变行为与黑洞候选体GRO J0422+32进行比较，以评估X射线变异性中的相似性。

提出的方法

• 分析2–40 keV能量范围内RXTE/PCA光 light curves，以提取功率谱密度（PDS）。
• 使用两个单边指数形状脉冲噪声成分的和对PDS进行建模，以表征变异性 timescales。
• 在PDS中识别并量化一个中心频率为0.8 Hz的宽频、非对称准周期振荡（QPO）样特征。
• 测量2–40 keV波段内能量依赖的分数RMS变异性，以评估谱-时变相关性。
• 将观测到的时变特征与黑洞候选体GRO J0422+32的特征进行比较，以评估现象学相似性。
• 使用傅里叶分析将功率谱密度分解为具有不同 timescales 和振幅的独立变异性成分。

实验结果

研究问题

• RQ1 1E1724-3045持续X射线发射中，变异性成分的特征timescales和振幅是什么？
• RQ2 1E1724-3045中存在低频QPO样特征和高分数RMS是否表明其处于类似黑洞的吸积态？
• RQ3 总RMS的能量依赖性如何随X射线波段变化，这对辐射机制有何含义？
• RQ4 1E1724-3045的时变特性在多大程度上与黑洞候选体GRO J0422+32相似？

主要发现

• 1E1724-3045的持续X射线发射表现出高水平的噪声变异性，在2–40 Hz范围内分数RMS约为25%。
• 功率谱密度最适宜由两个衰减timescales分别约为680 ms和16 ms的脉冲噪声成分之和来建模，每个成分对总RMS的贡献约为15%。
• 一个宽频且非对称的QPO样特征，中心频率为0.8 Hz，对总RMS的贡献约为10%。
• 积分分数RMS在至少40 keV的能量范围内与能量呈正相关，表明存在能量依赖的变异性。
• 该源与黑洞候选体GRO J0422+32在时变特性上表现出显著相似性，特别是在强高频噪声与低频QPO共存方面。
• 研究结果表明，高频噪声与低频QPO的同时存在并非黑洞系统的独有特征，进一步扩展了阿特尔源与黑洞候选体之间的现象学相似性。