[论文解读] The millisecond X-ray pulsar/burster SAX J1808.4-3658: the outburst light curve and the power law spectrum

M. Gilfanov, M. Revnivtsev+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 5

一句话总结

本研究分析了RXTE对毫秒X射线脉冲星/耀发源SAX J1808.4-3658在1998年爆发期间的观测数据，揭示其X射线谱在~2的光子指数下保持稳定，且在100 keV以下无显著高能截断。光度衰减在~若干×10³⁵ erg/s处突然截断，表明可能进入螺旋桨效应区或吸积盘不稳定状态，从而对中子星磁场强度给出上限，即B < 若干×10⁷ G。

ABSTRACT

The X-ray light curve and broad band spectral properties of the millisecond X-ray pulsar/burster SAX J1808.4-3658 are reported. In the course of RXTE observations in April--May 1998 the 3--150 keV luminosity of the source decreased by a factor of ~100 from the peak value of ~9E36 erg/s (for a 4 kpc distance). However, the spectrum was remarkably stable and maintained a roughly power law shape with a photon index of ~2 without a strong high energy cut-off below 100 keV, similar to that sometimes observed in the low spectral state of X-ray bursters. An approximation of the averaged spectrum with an exponentially cut-off power law with a superimposed reflected component yields the 90% lower limit on the e-folding energy ~270 keV. We speculate that Comptonization on the bulk motion in the radiation dominated shock might be a possible mechanism of spectral formation. The decaying part of the X-ray light curve was cut off abruptly at luminosity ~few 1E35 erg/s. Such behavior might be due to centrifugal inhibition of accretion (transition to the ``propeller'' regime) as well as to disk instability. In either case an upper limit on the neutron star magnetic field strength is B &lt; few 1E7 Gauss.

研究动机与目标

• 表征SAX J1808.4-3658在1998年爆发期间的X射线光变曲线与谱演化特性。
• 确定源在衰减阶段的谱形及高能截断特性。
• 研究X射线光变曲线在低光度处出现突然截断的物理机制。
• 利用吸积抑制模型约束中子星磁场强度。

提出的方法

• 分析1998年4月至5月期间覆盖爆发衰减阶段的RXTE观测数据。
• 采用具有叠加反射成分的指数截断幂律模型进行谱拟合。
• 通过谱拟合估算折返能量以推断高能截断特性。
• 对光度衰减曲线进行建模，识别出在~若干×10³⁵ erg/s处的突然截断。
• 应用螺旋桨效应模型解释光度截断，并推导磁场强度的上限。
• 采用4 kpc的距离距离以从观测通量推导光度值。

实验结果

研究问题

• RQ1 SAX J1808.4-3658在1998年爆发衰减阶段的谱形如何？
• RQ2 X射线谱在100 keV以下是否表现出高能截断？若存在，其折返能量是多少？
• RQ3 X射线光变曲线在光度~若干×10³⁵ erg/s处突然截断的原因是什么？
• RQ4 观测到的行为是否可由中子星因离心力抑制吸积而进入螺旋桨态来解释？
• RQ5 基于观测到的光度截断，可对中子星磁场强度施加多大的上限？

主要发现

• SAX J1808.4-3658在3–150 keV波段的光度在1998年爆发期间从峰值~9×10³⁶ erg/s下降了约100倍。
• 在整个衰减过程中，X射线谱保持显著稳定，维持幂律谱形，光子指数约为2。
• 谱在100 keV以下无明显高能截断，谱拟合给出的90%置信下限折返能量为~270 keV。
• 衰减光变曲线在光度~若干×10³⁵ erg/s处表现出突然截断，表明吸积动力学发生突变。
• 该突然截断被解释为中子星进入螺旋桨态或因吸积盘不稳定所致，从而对磁场强度给出上限B < 若干×10⁷ G。
• 在辐射主导激波中由集体运动引起的康普顿化被提出为该能量范围内谱形成的一种合理机制。