[论文解读] The population of massive X-ray binaries I. The Large Magellanic Cloud

I. Negueruela, M. J. Coe|ArXiv.org|Jan 28, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 43被引用 31

一句话总结

本研究对大麦哲伦云（LMC）中14个大质量X射线双星（MXB）的光学对应体进行了高分辨率光谱观测，确认了光谱型并识别出贝特定理/X射线双星。研究发现，LMC中的MXB群体与银河系中的MXB群体极为相似，表明其形成过程偏好半保守演化，并且在贝特定理/X射线双星中因高偏心率而强烈支持超新星反冲作用的存在。

ABSTRACT

We present high resolution blue spectroscopy of an almost complete sample of optical counterparts to massive X-ray binaries in the Large Magellanic Cloud (LMC) and derive their spectral classification. We find an spectral type B0II for the optical counterpart to RX J0532.5-6551, confirming it as the first wind-fed massive X-ray binary in the LMC. We also confirm the Be nature of the proposed counterpart to RX J0535.0-6700. The proposed optical counterpart to RX J0531.5-6518 is a B2V star with signs of emission in the Balmer lines. In total, we give accurate spectral types for 14 counterparts. We find that the overall observed population of massive X-ray binaries in the LMC has a distribution not very different from the observed Galactic population and we discuss different selection effects affecting our knowledge of this population. The spectral distribution of the Be/X-ray binary population is also rather similar to the Galactic one. This distribution implies that Be/X-ray binaries must have preferentially formed from moderately massive binaries undergoing semi-conservative evolution. The observation of several Be/X-ray binaries with large eccentricities implies then the existence of supernova kicks.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学对大麦哲伦云（LMC）中大质量X射线双星（MXB）的光学对应体进行精确光谱分类。
• 通过分析光谱型和发射线特征，确定LMC MXB群体的演化状态和质量分布。
• 将LMC MXB群体与银河系MXB群体进行比较，以评估选择效应和演化路径。
• 研究贝特定理/X射线双星的形成机制，特别是超新星反冲作用和双星演化通道的作用。
• 评估LMC中观测到的贝特定理/X射线双星分布是否支持原位贝特星形成，或更可能为双星诱导过程所致。

提出的方法

• 使用位于智利拉西拉天文台的ESO 1.52-m望远镜获取了高分辨率蓝光谱，光谱分辨率约为~1.4–3.0 Å FWHM。
• 利用Starlink软件包（ccdpack、draper、figaro、dipso）对光谱进行数据还原，并分析光谱分类与发射线检测。
• 利用南非天文台（SAAO）1.0-m望远镜的测光数据支持光谱分类，并识别变源。
• 基于线轮廓和等效宽度（特别是巴尔末线和发射特征）分配光谱型。
• 将观测到的群体与银河系MXB群体进行比较，以评估选择效应和演化趋势。
• 利用群体合成模型解释观测到的光谱分布，并推断贝特定理/X射线双星的形成通道。

实验结果

研究问题

• RQ1 大麦哲伦云中大质量X射线双星的光学对应体的准确光谱型是什么？
• RQ2 LMC中贝特定理/X射线双星的光谱分布与银河系相比如何？这对其形成机制有何启示？
• RQ3 LMC MXB群体中是否存在超新星反冲作用的证据，特别是在轨道偏心率较高的系统中？
• RQ4 在LMC中，哪种演化通道——半保守演化还是非保守质量转移——更可能是贝特定理/X射线双星的主要形成机制？
• RQ5 为何目前尚未发现含有黑洞伴星的贝特定理/X射线双星？这对其形成或可探测性意味着什么？

主要发现

• RX J0532.5−6551的光学对应体被分类为B0II型，确认其为LMC中首个风吸积型大质量X射线双星。
• 基于巴尔末线中的发射线，RX J0535.0−6700的候选对应体被确认为贝特星。
• RX J0531.5−6518的对应体被识别为具有巴尔末线发射的B2V型恒星，表明其具有贝特星特征。
• LMC MXB群体的整体光谱分布与银河系MXB群体无显著差异。
• LMC中贝特定理/X射线双星群体在B0型光谱型处呈现尖锐峰值（M* ≈ 16 M☉），且未延伸至B2型（M* ≈ 10 M☉）以外，表明其形成机制为半保守演化。
• 多个具有高偏心率的贝特定理/X射线双星的存在，为超新星反冲作用提供了强有力的间接证据，因为此类轨道在无初始反冲作用的情况下极不可能形成。