[论文解读] Unifying disc-jet behaviour in X-ray binaries: an optical/IR approach

D. M. Russell, D. Maitra+2 more|ArXiv.org|Nov 18, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文通过使用光学/红外（OIR）颜色-星等图，统一解释了X射线双星中的喷流-吸积盘行为，成功将热吸积盘辐射与非热喷流辐射分离。加热的单温度黑体模型能准确再现OIR颜色-星等趋势，而颜色向红端偏离则表明喷流主导，从而仅通过OIR监测即可预测X射线与射电性质。

ABSTRACT

Synchrotron emission from jets produced by X-ray binaries can be detected at optical and infrared (IR) frequencies. I show that optical/IR colour-magnitude diagrams of the outbursts of nine X-ray binaries successfully separate thermal disc emission from non-thermal jet emission, in both black hole and neutron star sources. A heated single-temperature blackbody is able to reproduce the observed relations between colour and magnitude, except when excursions are made to a redder colour than expected, which is due to jet emission. The general picture that is developed is then incorporated into the unified picture of disc-jet behaviour in black hole X-ray binaries. At a given position of a source in the X-ray hardness-intensity diagram, the radio, IR and optical properties can be inferred. Similarly, it is possible to predict the X-ray and radio luminosities and spectral states from optical/IR monitoring.

研究动机与目标

• 通过光学和红外（OIR）颜色-星等图，分离X射线双星中的热吸积盘辐射与非热喷流辐射。
• 检验加热的单温度黑体模型是否能再现爆发期间观测到的OIR颜色-星等关系。
• 建立OIR性质与X射线/射电光度及光谱状态之间的相关性。
• 确定OIR颜色变化是否可作为X射线状态转变的信号，特别是硬态到软态及软态到硬态的转变。
• 评估喷流辐射在中子星与黑洞X射线双星中的作用，特别是在吸积盘较小、较暗的系统中。

提出的方法

• 从九个低质量X射线双星（LMXBs）在爆发期间收集光学和红外通量，数据来源包括文献回顾及使用耶鲁1.0米望远镜、弗劳斯克望远镜北和南的新型监测计划。
• 构建光学/红外颜色-星等图（CMDs），以追踪爆发期间OIR流量与颜色的演化。
• 应用单温度黑体模型模拟热吸积盘辐射，假设其表面积恒定，并由粘性耗散与X射线辐照加热。
• 为喷流的光学薄同步辐射采用谱指数α ≈ –0.7，与观测到的OIR变异性及谱形一致。
• 将观测到的CMDs与模型预测进行比较，识别颜色向红端偏离作为喷流主导的指标。
• 将OIR行为与X射线硬度-光度图（HID）相关联，推断多波段耦合关系，并仅通过OIR监测预测射电、X射线及OIR光度。

实验结果

研究问题

• RQ1 光学和红外颜色-星等图能否成功分离X射线双星中的热吸积盘辐射与非热喷流辐射？
• RQ2 加热的单温度黑体模型在多大程度上能再现LMXB爆发期间观测到的OIR颜色-星等趋势？
• RQ3 在暂现性黑洞与中子星X射线双星中，OIR颜色与通量如何与X射线和射电光度及光谱状态相关联？
• RQ4 OIR颜色变化是否可作为X射线状态转变的信号，特别是硬态到软态与软态到硬态的转变？
• RQ5 在吸积盘更小、更暗的系统中，喷流辐射是否更为显著，特别是在中子星X射线双星中？

主要发现

• 光学和红外颜色-星等图在九个LMXBs中成功分离了热吸积盘辐射与非热喷流辐射，颜色向红端偏离表明喷流主导。
• 加热的单温度黑体模型在除喷流主导阶段外的所有系统中均准确再现了观测到的颜色-星等趋势。
• 在轨道周期较短的系统中，喷流辐射主导了光学与红外波段，这些系统中吸积盘更小、更暗。
• OIR颜色与软X射线态期间冷却吸积盘一致，而在相同通量水平下颜色更红则表明喷流贡献。
• 射电、红外与光学辐射与X射线光度存在相关性，仅通过OIR监测即可预测全波段性质。
• X射线状态转变可通过OIR颜色变化识别：硬态对应更红的OIR谱，软态对应在相同通量水平下更蓝的OIR谱。