[论文解读] Spectral and Temporal Properties of Ultra-luminous X-ray Source NGC 55 ULX1

V. Jithesh|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 66被引用 7

一句话总结

本研究利用2013–2021年期间的Swift、XMM-Newton和NuSTAR观测数据对NGC 55 ULX1进行研究，发现该源处于以黑体成分主导的软超光度（SUL）状态。黑体温度与内盘温度呈正相关，黑体半径与温度呈负相关，且存在微弱的通量凹陷，这些特征支持超超光度辐射驱动外流模型作为解释该源光谱与时间行为的主要机制。

ABSTRACT

We investigate the spectral and temporal properties of ultra-luminous X-ray source (ULX) NGC~55~ULX1 using {\it Swift}, {\it XMM-Newton} and {\it NuSTAR} observations conducted during 2013--2021. In these observations, the source flux varies by a factor of $\sim 5-6$, and we identify the source mainly in the $soft~ultraluminous$ (SUL) state of ULXs. We fit the X-ray spectra with a two thermal component model consisting of a blackbody (for the soft component) and a disc (for the hard component), and the soft component dominates in these observations. The soft component in the SUL state shows properties similar to that of ultraluminous supersoft sources, for example, an anti-correlation between the characteristic radius and temperature of the blackbody component. In addition, we observe a positive correlation between the blackbody and inner disc temperatures when the X-ray spectra are fitted with the two-thermal component model. The source exhibits marginal evidence of X-ray flux dips in the {\it Swift} and {\it XMM-Newton} observations at different intensity levels. We explain the observed spectral and temporal properties of the source by invoking the supercritical radiatively driven outflow mechanism.

研究动机与目标

• 理解NGC 55 ULX1在多个X射线望远镜下的光谱与时间行为。
• 确定NGC 55 ULX1中致密天体的本质，特别是其是否为中子星、恒星级黑洞或中等质量黑洞。
• 研究ULX中X射线通量凹陷与光谱变化的成因，尤其在超超光度吸积背景下的机制。
• 利用多仪器的全波段X射线数据检验超超光度辐射驱动外流模型。

提出的方法

• 采用双热组件模型进行全波段X射线光谱拟合：以黑体表示软成分，以盘黑体表示硬成分。
• 分析XMM-Newton与NuSTAR的同步观测数据，探测0.3–10 keV与>10 keV能量 band 的光谱曲率与硬尾特征。
• 使用“脉动星类似”模型检验脉动现象，将推断的光谱参数与已知脉动ULX的参数进行比较。
• 在Swift与XMM-Newton光 light curves 中识别出微弱的通量凹陷事件，测量到0.3–10 keV波段内通量下降5–73%。
• 研究黑体温度与半径之间、黑体温度与内盘温度之间的相关性，以推断外流动力学。
• 评估遮挡结构的作用，包括吸积流-盘相互作用与外流团块，以解释光谱与时间的变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 55 ULX1在2013–2021年观测期间处于何种光谱状态？其与SUL、HUL或展宽盘态有何比较？
• RQ2 观测到的软成分中黑体温度与半径之间的负相关性成因为何？
• RQ3 Swift与XMM-Newton数据中观测到的微弱X射线通量凹陷是否与团块状外流或其他机制导致的遮挡一致？
• RQ4 观测到的黑体温度与内盘温度之间的正相关性能否由超超光度辐射驱动外流模型解释？
• RQ5 基于光谱与时间特性，NGC 55 ULX1中的致密天体是否与中子星一致？

主要发现

• NGC 55 ULX1处于软超光度（SUL）状态，软黑体成分在所有观测中主导X射线光谱。
• 观测到黑体温度与特征半径之间存在显著负相关性，这是ULX中超爱丁顿外流的典型特征。
• 检测到黑体温度与内盘温度之间的正相关性，表明热成分共同演化，与辐射驱动外流一致。
• 在Swift与XMM-Newton数据中发现微弱的X射线通量凹陷证据，0.3–10 keV波段内通量下降5–73%，硬波段下降更深。
• NuSTAR观测中未检测到10 keV以上的硬X射线尾，且未识别出脉动信号，排除了中子星起源的可能性。
• 观测到的光谱与时间特征最符合超超光度辐射驱动外流模型，外流团块或热不稳定性可能引起通量凹陷。