[论文解读] Understanding the LMXB X2127+119 in M15 I. X-ray eclipses and dips

Z. Ioannou, T. Naylor+3 more|ArXiv.org|Nov 13, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 20被引用 7

一句话总结

本研究利用RXTE、ASCA及重新处理的GINGA数据，分析了球状星团M15中高倾角LXMB X2127+119的X射线食变与暗蚀现象，提出一个延伸至~0.8RL1、垂直范围约60°的大型、光学厚吸积盘冕（ADC），以解释光变曲线与光谱行为。关键发现为：该系统的高倾角与复杂X射线变异性最合理的解释是隐藏于厚冕内的中子星，而新发现的邻近源（M15 X-2）可能解释了先前光谱异常现象。

ABSTRACT

We present X-ray observations of the high-inclination low-mass X-ray binary system X2127+119 (AC211) in the globular cluster M15 (NGC 7078). The observations consist of data acquired in 1996 with the RXTE satellite and in 1995 with the ASCA satellite. Also, the MPC1 data from the 1988 GINGA observations were de-archived and re-analysed. The phase-folded 2-10 keV hardness ratios from all three missions differ significantly indicating that the system can exhibit different spectral behaviours. We find that the X-ray eclipse profiles can be described relatively well using a simple model where the secondary star passes in front of a large X-ray emitting region. For this we require a mass ratio (q=M1/M2) of about one. The radius of this X-ray emitting region is ~0.8 RL1 and its vertical extent 60 degrees above the orbital plane. We suggest that if this X-ray emitting region were an optically thick corona, it would explain various puzzling aspects of this system. We also show that the X-ray dip observed at phases around 0.65 does not conform with the idea that the dip is caused by vertically extended material associated with the stream/disc impact region, but that it could be due to structure in the inner parts of the disc.

研究动机与目标

• 理解X2127+119的复杂X射线光变曲线，特别是其食变与暗蚀现象，发生在球状星团M15的高倾角环境中。
• 解决不同任务（RXTE、ASCA、GINGA）之间光谱行为的差异，尤其是硬度比与光谱特征的不一致。
• 探究X射线发射区域的本质，判断中子星是否可见或被遮挡，尤其基于1988年X射线耀发的观测。
• 评估X射线暗蚀是否由盘结构或喷流-盘撞击物质引起，挑战标准模型。
• 评估新发现的X射线源（M15 X-2）对X2127+119 X射线特性解释的影响。

提出的方法

• 从RXTE与ASCA观测构建相位折叠光变曲线，并重新分析GINGA MPC1数据，以比较不同任务间的光谱行为。
• 采用简单几何模型拟合X射线食变轮廓，其中次星遮挡大范围X射线发射区，要求质量比q ≈ 1。
• 将X射线发射区半径约束在~0.8RL1，其垂直范围约束在轨道平面以上约60°。
• 进行相位分辨X射线光谱分析，以研究能量依赖性变异性，包括硬度比与吸收特征。
• 光谱建模包括光致电离吸收组分，并测试黑体组分的存在，特别关注1988年GINGA耀发数据。
• 探索一种新可能性：来自第二X射线源（M15 X-2）的污染，该源由钱德拉望远镜发现，可能解释光谱异常及中子星在X2127+119光谱中看似不可见的现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 X2127+119中相位~0.65处的X射线暗蚀由何引起？为何其与喷流-盘撞击物质的标准模型不一致？
• RQ2 为何RXTE、ASCA与GINGA观测的硬度比显著不同，提示系统状态发生改变？
• RQ3 X2127+119中的中子星是否可见？还是被厚冕或外部污染遮挡？
• RQ4 能否用单一巨大X射线发射区解释X射线食变轮廓？其所需物理尺寸为何？
• RQ5 第二X射线源（M15 X-2）的存在如何影响对X2127+119 X射线光变曲线与光谱特性的解释？

主要发现

• X射线食变轮廓最合理的解释是存在一个半径约~0.8RL1、垂直范围约60°的大型X射线发射区，且要求质量比q ≈ 1。
• 该系统具有高内在质量转移速率，与长轨道周期一致，并支持维持一个大型吸积盘冕（ADC）。
• 相位~0.65处的X射线暗蚀无法由喷流-盘撞击区的垂直延伸物质解释，表明其源于内盘结构。
• 主食变期间的光谱显示强烈的调制性光致电离吸收，以及2–4 keV范围内的异常“峰”与“谷”，标准模型难以解释。
• 缺乏强黑体组分且未检测到快速准周期振荡，表明中子星可能被隐藏，可能由于光学厚冕所致。
• 钱德拉望远镜发现M15 X-2表明，该源的污染可能解释光谱异常及X2127+119光谱中中子星看似不可见的现象。