[论文解读] Supergiant Fast X-ray Transients: A common behaviour or a class of objects?

I. Negueruela, David M. Smith+2 more|ArXiv.org|Apr 24, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文研究了超巨星快速X射线暂现源（SFXTs），这是一类新识别出的高质量X射线双星系统，其特征是持续数小时的短暂而强烈的X射线爆发，由中子星从超巨星恒星风中吸积物质驱动。作者发现SFXTs并非一个独立的类别，而是存在于持续性与暂现性超巨星X射线双星之间的行为连续体，其光学特征与经典SGXBs无明显区别，尽管已有越来越多证据表明这些系统存在反复甚至周期性的爆发，但其爆发的物理机制仍未知。

ABSTRACT

INTEGRAL monitoring of the Galactic Plane is revealing a growing number of recurrent X-ray transients, characterised by short outbursts with very fast rise times (~ tens of minutes) and typical durations of a few hours. A substantial fraction of these sources are associated with OB supergiants and hence define a new class of massive X-ray binaries, which we call Supergiant Fast X-ray Transients. Characterisation of the astrophysical parameters of their counterparts is underway. So far, we have found a number of late O and early B supergiants of different luminosities at a large range of distances. Nothing in their optical properties sets them apart from classical Supergiant X-ray Binaries. On the other hand, there is now rather concluding evidence that persistent supergiant X-ray binaries also show fast outbursts. This suggests a continuum of behaviours between typical persistent supergiant systems and purely transient systems, but offers very little information about the physical causes of the outbursts.

研究动机与目标

• 确定超巨星快速X射线暂现源（SFXTs）是否代表高质量X射线双星的一个独立类别，或是否属于现有SGXB系统内的行为连续体。
• 表征SFXTs的光学对应体并将其性质与经典超巨星X射线双星（SGXBs）进行比较。
• 研究这些系统中观测到的短暂而强烈的X射线爆发的物理机制。
• 评估INTEGRAL在揭示此前因高吸收和爆发持续时间短而未被探测到的暂现源群体中的作用。
• 评估IGR J11215−5952中观测到的周期性爆发是否对潜在的吸积或喷流机制构成约束。

提出的方法

• 利用INTEGRAL对银河系平面的监测，探测并表征超巨星X射线系统中的短暂X射线爆发。
• 使用VLT/FORS1、NOT和SAAO望远镜进行光学光谱观测，以分类光谱型并估算光学对应体的距离。
• 分析来自INTEGRAL、RXTE、Chandra、XMM-Newton和Swift的X射线光 light curves，研究爆发持续时间、上升时间及光谱变异性。
• 比较采用具有高能截断的幂律模型与热轫致辐射模型的X射线谱拟合结果，以确定爆发期间的辐射特性。
• 利用ASCA、RossiXTE和Chandra的档案数据，评估宁静状态并检测多历元下的变异性。
• 对光曲线应用统计分析，以识别爆发重复中的周期性，特别是IGR J11215−5952中的情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 超巨星快速X射线暂现源是否为高质量X射线双星的一个独立类别，还是现有SGXB系统内行为连续体的一部分？
• RQ2 SFXT对应体的光学特性是什么？它们与经典持续性SGXBs的特性有何异同？
• RQ3 是什么物理机制驱动了SFXTs中观测到的极短时标、高强度X射线爆发？
• RQ4 IGR J11215−5952中爆发的周期性重复是否对可能的吸积或喷流机制构成约束？
• RQ5 高吸收与短爆发持续时间在多大程度上解释了此类系统在早期X射线巡天中长期被低估的原因？

主要发现

• INTEGRAL已探测到越来越多具有仅持续数小时的周期性X射线暂现源，主要与OB型超巨星相关，由此定义了一类新源：超巨星快速X射线暂现源（SFXTs）。
• SFXTs的光学对应体为晚期O型与早期B型超巨星，其光度范围广泛，且无任何独特的光学特征可将其与经典SGXBs区分开来。
• IGR J11215−5952表现出约每329天一次的周期性爆发，每次爆发持续约2.5天，峰值L_X ~ 10^36 erg s⁻¹，表明存在稳定的轨道或风结构调制。
• 该源确认存在周期为186.8 ± 0.3 s的X射线脉动，证实其中心致密天体为中子星。
• SFXTs的爆发表现出快速上升时间（<1小时）、具有多重脉冲的复杂光曲线，以及高度可变的吸收，其谱型最佳拟合为具有高能截断的幂律谱或kT ~ 20 keV的热轫致辐射谱。
• 持续性SGXBs同样表现出快速爆发，表明从持续性到暂现性系统的连续行为谱，二者之间并无明确的物理分界。