[论文解读] The X-ray Lightcurve of WR 140

M. F. Corcoran, A. M. T. Pollock+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 7

一句话总结

本研究基于RXTE对WR 140为期两个轨道周期的X射线监测，呈现了其完整的X射线光变曲线，揭示了由大质量双星中风风激波动力学驱动的周期性X射线变异性。数据证实其轨道周期为2897天，且X射线极小值出现在O型星合扰之前，光谱硬化表明WC7星风的吸收作用增强，验证了偏心轨道中碰撞风激波的流体动力学模型。

ABSTRACT

WR 140 is a canonical massive "colliding wind" binary system in which periodically-varying X-ray emission is produced by the collision between the wind of the WC7 and O4-5 star components in the space between the two stars. We have obtained X-ray observations using the RXTE satellite observatory through almost one complete orbital cycle including two consecutive periastron passages. We discuss the results of this observing campaign, and the implications of the X-ray data for our understanding of the orbital dynamics and the stellar mass loss.

研究动机与目标

• 利用RXTE观测，对WR 140在近似一个完整轨道周期内的X射线变异性进行表征。
• 研究观测到的X射线光变曲线背后的物理机制，特别是X射线极小值和光谱硬化的起源。
• 检验X射线光变曲线是否遵循1/D依赖关系，并评估风吸收与激波特性的角色。
• 将观测到的X射线光变曲线与风风碰撞的三维SPH流体动力学模拟进行比较。
• 基于X射线极小值确定WR 140的轨道周期，并评估其与先前估计值的一致性。

提出的方法

• 利用RXTE的正比计数器阵列（PCA）在2–60 keV能量范围内，以约每周一次的观测周期，对WR 140进行了为期两个轨道周期的监测。
• 通过计算X射线通量和硬度比（HR = (F_7.5keV - F_3keV)/(F_7.5keV + F_3keV)），追踪轨道周期中光谱与通量的变化。
• 采用2897天的轨道周期对X射线光变曲线进行折叠处理，相位φ = 0定义为近日点通过时刻。
• 采用三维光滑粒子流体动力学（SPH）模拟风风相互作用，以建模激波特构与风的几何形态。
• 在驻点处应用点源X射线发射模型，并通过SPH模拟的WC7星风结构计算吸收效应。
• 将模型光变曲线与RXTE数据进行比较，以评估拟合质量，并额外测试了分布式发射模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 WR 140的X射线通量在其7.9年轨道周期中如何变化？其观测调制的驱动力是什么？
• RQ2 为何X射线极小值出现在O型星合扰之前？这对风风激波的几何形态与吸收特性有何启示？
• RQ3 X射线通量在多大程度上遵循1/D依赖关系？偏离该关系的特征表明了非绝热或吸收主导行为？
• RQ4 三维SPH流体动力学模型能否再现观测到的X射线光变曲线与光谱硬化？
• RQ5 基于X射线极小值，WR 140的精确轨道周期是多少？其与先前估计值相比如何？

主要发现

• X射线光变曲线显示，通量在近日点附近逐渐上升至峰值，随后出现急剧极小，迅速恢复并缓慢下降，两个周期的极小深度与持续时间高度一致。
• X射线极小值出现在O型星合扰前约0.1–0.2个轨道相位，表明最大吸收发生在O型星即将被WC7星风遮挡之前。
• X射线硬度比在O型星合扰时刻达到最大值，证实高能X射线最易受致密WC7星风吸收影响。
• 在近日点附近，X射线通量并不遵循简单的1/D定律，表明吸收与激波特性的效应主导于绝热膨胀效应。
• 基于X射线极小值推导出的轨道周期为2897天，比Marchenko等人（2003年）提出的2900天周期短约2天。
• 在驻点处采用点源模型，并通过SPH模拟的风结构计算吸收，能较好地再现RXTE光变曲线；而分布式发射模型的拟合效果较差，表明为实现精确拟合，可能需要简化模型。