[论文解读] Young pre-Low-Mass X-ray Binaries in propeller phase : Nature of the 6.7-hour periodic X-ray source 1E 161348-5055 in RCW 103

Harshal Bhadkamkar, Pranab Ghosh|Sep 1, 2009

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 31被引用 11

一句话总结

本文提出，位于年轻超新星遗迹RCW 103中的6.7小时周期X射线源1E 161348-5055是一个年轻的前低质量X射线双星（pre-LMXB），其中包含一颗快速自转的中子星，处于自旋减速阶段，其轨道偏心率导致质量转移的轨道调制产生观测到的周期性X射线辐射。该模型通过使用Illarionov-Sunyaev和Romanova-Lovelace两种自旋减速力矩理论，成功再现了光变曲线和光谱特性，提供了一种标准天体物理解释，无需引入类似磁星的极端磁场。

ABSTRACT

Discovery of the 6.7-hour periodicity in the X-ray source 1E 161348-5055 in RCW 103 has led to investigations of the nature of this periodicity. We explore a model for 1E 161348-5055, wherein a fast-spinning neutron star with a magnetic field $\sim 10^{12}$ G in a young pre-Low-Mass X-ray Binary (pre-LMXB) with an eccentric orbit of period 6.7 hr operates in the "propeller" phase. The 6.7-hr light curve of 1E 161348-5055 can be quantitatively accounted by a model of orbitally-modulated mass transfer through a viscous accretion disk and subsequent propeller emission (both Illarionov-Sunyaev type and Romanova-Lovelace et al type), and spectral and other properties are also in agreement. Formation and evolution of model systems are shown to be in accordance both with standard theories.

研究动机与目标

• 解释1E 161348-5055中6.7小时X射线周期性现象是年轻前LMBX系统中轨道调制的结果。
• 检验观测到的光变曲线和光谱特性是否能通过具有标准中子星磁场（~10^12 G）的自旋减速模型进行定量再现。
• 评估前LMBX模型作为近期提出的磁星模型的替代方案在1E 161348-5055中的可行性。
• 研究在氦星超新星爆发中形成的偏心双星系统的形成与潮汐演化，与观测到的系统年龄和环境一致。
• 识别该类源中前LMBX模型与磁星模型之间的潜在观测区分特征。

提出的方法

• 通过在偏心双星系统中建模6.7小时光变曲线，利用粘性吸积盘中的轨道调制质量转移。
• 应用两种不同的理论自旋减速力矩框架：Illarionov-Sunyaev和Romanova-Lovelace等人，模拟中子星磁层物质喷射产生的X射线辐射。
• 模拟年轻双星中偏心轨道的潮汐圆化 timescale，评估轨道调制的持续时间。
• 将自旋减速阶段的预测光谱和光度演化与1E 161348-5055的观测特性以及Aquila X-1等软X射线暂现源在平静期的特性进行比较。
• 评估该模型与标准双星演化理论的一致性，包括共包层演化和氦星超新星情景。
• 评估质量与角动量损失对前LMBX中轨道偏心率增强的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 1E 161348-5055中6.7小时周期性X射线调制能否由年轻、偏心的前LMBX系统中中子星处于自旋减速状态下的轨道调制解释？
• RQ2 1E 161348-5055的观测光谱和光度特性是否与具有标准磁场（~10^12 G）的盘状吸积自旋减速发射模型的预测一致？
• RQ3 此类系统的形成与演化是否与标准双星演化路径一致，包括共包层演化和氦星超新星爆发？
• RQ4 前LMBX模型与近期提出的磁星模型在可观测特征上有哪些区别？
• RQ5 是否无需引入超强磁场（~10^15 G）或奇异中子星状态即可解释1E 161348-5055的观测特性？

主要发现

• Illarionov-Sunyaev和Romanova-Lovelace型自旋减速力矩模型均能定量再现1E 161348-5055的6.7小时光变曲线，证实了自旋减速机制的可行性。
• 1E 161348-5055的光谱和光度特性与Aquila X-1等软X射线暂现源在低/平静状态下的特性一致，支持其与自旋减速阶段系统的类比。
• 该模型预测，X射线辐射的轨道调制仅在前LMBX的偏心阶段发生，这与观测到的周期性以及RCW 103的年轻年龄（~2000年）相符。
• 前LMBX中偏心双星阶段的寿命估计为~10^6–10^7年，与每约100个LMBX中存在1个此类系统的预期数量比一致，符合当前观测统计。
• 即使考虑质量与角动量损失引起的偏心率增强效应，该模型依然成立，尽管在推断的质量转移率下，这些效应影响较小。
• 本研究表明，目前尚无充分证据支持在1E型系统中引入磁星，因为标准前LMBX演化过程与标准磁场即可解释所有观测特征。