[论文解读] The central region of M31 observed with XMM-Newton. II. Variability of the individual sources

J. P. Osborne, K. Borozdin+14 more|ArXiv.org|Aug 3, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 22被引用 36

一句话总结

本研究分析了XMM-Newton对M31中心区域的观测，以调查在六个月基线内单个源的X射线变异性。研究发现至少15%的明亮源表现出变异性，发现了一个类似于黑洞候选低质量X射线双星（LMXB）的新暂现源，并在一颗可能处于超新星后状态的快速旋转白矮星上探测到865秒的脉动。

ABSTRACT

We present the results of a study of the variability of X-ray sources in the central 30' of the nearby Andromeda Galaxy (M31) based on XMM Performance Verification observations. Two observations of this field, with a total exposure time of about 50 ks, were performed in June and December of 2000. We found 116 sources brighter than a limiting luminosity of 6 x 10(35) erg/s (0.3--12 keV, d=760 kpc). For the ~60 brightest sources, we searched for periodic and non-periodic variability; at least 15% of these sources appear to be variable on a time scale of several months. We discovered a new bright transient source ~2.9' from the nucleus in the June observation; this source faded significantly and was no longer detected in December. The behaviour of the object is similar to a handful of Galactic LMXB transients, most of which are supposed to harbor black holes. We detected pulsations with a period of \~865 s from a source with a supersoft spectrum. The flux of this source decreased significantly between the two XMM observations. The detected period is unusually short and points to a rapidly spinning magnetized white dwarf. The high luminosity and transient nature of the source suggest its possible identification with classical or symbiotic nova, some of which were observed earlier as supersoft sources.

研究动机与目标

• 利用XMM-Newton观测研究M31中心30′区域内单个X射线源的变异性。
• 确定检测到的X射线源在数月时间尺度上是否表现出周期性或非周期性变异性。
• 识别并表征M31银心区域的暂现源和脉动源。
• 评估变异性对源分类的影响，特别是对LMXB和超软源的影响。
• 将变异性行为与已知的银河系X射线源进行比较，并评估观测的灵敏度极限。

提出的方法

• 在2000年6月和12月对M31中心区域执行了两次XMM-Newton性能验证观测，总曝光时间约为50 ks。
• 使用EPIC-PN和EPIC-MOS仪器检测并提取了116个高于6×10³⁵ erg s⁻¹光度限值的源的光 light curves。
• 进行时间序列分析以搜索周期性变异性，采用折叠技术，周期范围为10至1000秒。
• 对非变异性源计算了90%的周期调制分数上限，范围从最亮源的3.6%到最暗源的约30%。
• 分析光曲线以检测非周期性变异性，包括X射线暴，使用背景减除的计数率。
• 通过比较两次观测间的通量演化来识别暂现行为，并使用光谱分析对超软源进行分类。

实验结果

研究问题

• RQ1 M31中心区域中，有多少比例的X射线源在数月时间尺度上表现出变异性？
• RQ2 新探测到的暂现源在两次观测之间消失，其本质是什么？
• RQ3 是否能在超软X射线源中探测到相干脉动，其周期对潜在致密天体的性质有何含义？
• RQ4 M31源的变异性行为与已知的银河系X射线暂现源和脉星相比如何？
• RQ5 该超软源的高光度和短脉动周期对其中分类和演化状态有何影响？

主要发现

• M31中心区域中，约60个最亮X射线源中至少15%在数月时间尺度上表现出变异性，这代表了一个保守的下限。
• 在2000年6月探测到一个新暂现源（XMMU J004234.1+411808），位于核心约2.9′处，但在12月未被探测到，与银河系LMXB爆发类似的明亮X射线暂现源一致。
• 在6月观测中探测到一个具有约865.5秒脉动周期的超软源，其脉动轮廓呈准正弦形，且在12月出现显著的通量衰减。
• 865.5秒的周期是迄今在超软源中测得的最短周期，表明其为快速旋转且具有磁场的白矮星，可能处于超新星后燃烧阶段。
• 该源的高光度和暂现行为与处于稳定核燃烧状态的经典或共生新星一致，而非典型的激变变星系统。
• 未探测到X射线暴，且由于计数率较低且缺乏<10秒时间尺度的绝对时间标定，对短 timescale 变异性的敏感度受到限制。