[论文解读] The ultraluminous X-ray source NGC 1313 X-2 - Its optical counterpart and environment

Fabien Grisé, M. W. Pakull+5 more|ArXiv.org|May 26, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 76被引用 40

一句话总结

本研究利用哈勃望远镜和甚大望远镜的测光数据，重新分析了超亮X射线源NGC 1313 X-2，识别出其光学对应体为一个2000万年历史、低质量的恒星群中的蓝星。作者发现存在显著的短 timescale 光学变异性（约0.2等），与椭球调制不一致，表明吸积盘贡献强烈；他们认为先前的质量估计因不一致地使用HST/ACS与约翰逊-库欣等温线而被高估，导致对供体恒星的上界质量限制修订为12 M☉，支持其为恒星级黑洞而非中等质量黑洞。

ABSTRACT

NGC 1313 X-2 is one of the brightest ultraluminous X-ray sources in the sky, at both X-ray and optical wavelengths; therefore, quite a few studies of available ESO VLT and HST data have appeared in the literature. Here, we present our analysis of VLT/FORS1 and HST/ACS photometric data, confirming the identification of the B ~ 23 mag blue optical counterpart. We show that the system is part of a poor cluster with an age of 20 Myr, leading to an upper mass limit of some 12 M_sun for the mass donor. We attribute the different results with respect to earlier studies to the use of isochrones in the F435W and F555W HST/ACS photometric system that appear to be incompatible with the corresponding Johnson B and V isochrones. The counterpart exhibits significant photometric variability of about 0.2 mag amplitude, both between the two HST observations and during the one month of monitoring with the VLT. This includes variability within one night and suggests that the light is dominated by the accretion disk in the system and not by the mass donor.

研究动机与目标

• 利用高分辨率测光数据重新评估超亮X射线源NGC 1313 X-2的光学对应体及其恒星环境。
• 解决先前关于该系统供体恒星质量与年龄估计之间的不一致，特别是不同测光系统使用的影响。
• 研究光学变异性起源，判断其是由吸积盘还是供体恒星驱动。
• 基于宿主环境与恒星群体参数，评估NGC 1313 X-2是否包含中等质量黑洞或恒星级黑洞。
• 评估HST/ACS与约翰逊-库欣等温线在年轻恒星群中年龄与质量估计的可靠性。

提出的方法

• 获取并分析了哈勃空间望远镜/先进巡天相机（HST/ACS）在F435W、F555W与F814W滤光片下的测光数据。
• 在为期一个月的监测期内，收集并处理了甚大望远镜/焦点减小器与低色散光谱仪1（VLT/FORS1）的光学测光数据。
• 将观测到的颜色-星等图（F555W vs. F555W–F814W 与 F435W vs. F435W–F555W）与Padua等温线在HST/ACS VEGAMAG与约翰逊-库欣系统中进行比较。
• 应用Sirianni等人（2005年）的转换公式，将HST/ACS星等转换至约翰逊-库欣系统以实现交叉比较。
• 通过比较多个HST与VLT观测中的通量水平，评估光学变异性的重要性，包括逐夜监测。
• 根据测光与等温线拟合结果，估算周围年轻恒星群的总恒星质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1313 X-2的光学对应体的真实年龄与质量是多少？不同测光系统如何影响这些估计？
• RQ2 观测到的短 timescale 光学变异性（约0.2等，时间尺度为小时至天）的原因是什么？其来源是吸积盘还是供体恒星？
• RQ3 为何本研究的供体质量估计低于先前研究？该差异是否源于在不同测光系统中不一致地使用等温线？
• RQ4 NGC 1313 X-2是否位于超星团中？其环境对致密天体形成机制有何启示？
• RQ5 观测到的变异性是否会掩盖周期性信号（如椭球调制），这对通过测光探测双星轨道周期有何影响？

主要发现

• NGC 1313 X-2的光学对应体是一颗B型恒星，视星等为B ~ 23等，位于一个约2000万年历史的年轻恒星群中。
• 该系统嵌入一个贫乏的星团中，总质量小于10⁴ M☉，排除了通过超星团中快速并合形成的可能性。
• 由于更可靠地使用了约翰逊-库欣等温线，供体恒星的质量被限制在12 M☉以下，显著低于先前估计值。
• 光学光变曲线在数小时至数天的时间尺度上表现出高达0.2等的显著变异性，且无明显周期性，表明吸积盘主导了光学辐射。
• 本研究与先前工作（如Liu等人2007年）在年龄与质量估计上的差异，归因于HST/ACS与约翰逊-库欣等温线使用不一致，后者在通过Sirianni等人（2005年）方程转换后更为可靠。
• 观测到的变异性与无周期性表明，光学光主要由随机性盘面辐射或X射线再处理主导，而非椭球调制，因此通过测光探测轨道周期较为困难。