УДК 524.354.4
ДВУХЛЕТНИЕ НАБЛЮДЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЛЬСАРА SMC X-1 ТЕЛЕСКОПОМ АРТ-П ОБСЕРВАТОРИИ ГРАНАТ
© 2004 г. А. А. Лутовинов1,2*, С. С. Цыганков1, С. А. Гребенев1, М. Н. Павлинский1, Р. А. Сюняев1,2
1 Институт космических исследований РАН, Москва 2Институт астрофизики Общества им. Макса Планка, Гаршинг, Германия
Поступила в редакцию 15.06.2003 г.
Представлены результаты наблюдений пульсара SMC X-1 телескопом АРТ-П обсерватории ГРАНАТ. Исследована переменность излучения источника на масштабе времен в несколько десятков дней. Показано, что вариации его интенсивности совместимы с наличием в системе периодичности с характерным временем день. Одной из возможных причин наблюдаемой переменности может быть прецессия наклоненного аккреционного диска, что косвенно подтверждается отсутствием пульсаций излучения в низком состоянии. Спектр источника хорошо описывается степенным законом зависимости плотности потока фотонов от энергии с наклоном ~1.5 и экспоненциальным завалом на энергиях выше ^14—18 кэВ. Получены оценки угла наклона между плоскостями орбиты и аккреционного диска и магнитного поля нейтронной звезды.
Ключевые слова: пульсары, нейтронные звезды, рентгеновские источники.
TWO-YEAR OBSERVATIONS OF THE X-RAY PULSAR SMC X-1 WITH THE ART-P TELESCOPE OF THE GRANAT OBSERVATORY, by A. A. Lutovinov, S. S. Tsygankov, S. A. Grebenev, M. N. Pavlinsky, and R. A. Sunyaev. We present the observations of the pulsar SMC X-1 with the ART-P telescope of the Granat observatory. We investigate the variability of the flux from the source on time scales of several tens of days. The intensity of the pulsar is shown to undergo nearly periodic variations with a characteristic time scale of ~61 days. The precession of the inclined accretion disk, as indirectly confirmed by the absence of pulsations in the low state, can be responsible for the observed variability. The spectrum of the source is well described by a power-law energy dependence of the photon flux density with a slope of ~1.5 and an exponential cutoff at energies above ~14—18 keV. We have estimated the inclinations between the planes of the orbit and the accretion disk and the magnetic field of the neutron star.
Key words: pulsars, neutron stars, X-ray sources.
ВВЕДЕНИЕ
Рентгеновский пульсар SMC X-1, расположенный в одной из ближайших к нам галактик Малое Магелланово Облако, является одним из наиболее ярких и быстро вращающихся аккрецирующих рентгеновских пульсаров. Источник, впервые обнаруженный в рентгеновских лучах в 1971 г. (Прайс и др., 1971), входит в состав массивной двойной системы вместе со звездой-компаньоном Sk160, сверхгигантом класса B0 массой 17.2M® и радиусом 18R© (Рейнолдс и др., 1993). На малых масштабах времени пульсации его потока происходят с периодом около 0.71 с, сама же нейтронная звезда затмевается своим компаньоном на ~15 ч
Электронный адрес: aal@hea.iki.rssi.ru
(длительность рентгеновского затмения) с периодом Р^ь ^ 3.892 дня. Анализируя результаты, полученные за всю предшествующую историю наблюдений источника, Левин и др.(1993) определили орбитальные параметры системы и установили, что ее орбитальный период уменьшается с темпом
Poл/PoЛ = -3.35 х 10"6 год"1.
Помимо собственного периода вращения нейтронной звезды и орбитального периода наблюдения свидетельствуют о присутствии в системе 50—60-дневного цикла (Войдовски и др., 1998), во время которого рентгеновская светимость источника меняется от 1037 эрг с"1 до нескольких единиц х1038 эрг с"1. Последнее значение оказывается близким или даже превышает эддингто-новский предел для сферически аккрецирующей
нейтронной звезды массой 1.4M©. Данное обстоятельство, а также наблюдаемое на протяжении более 30 лет со времени открытия пульсара постоянное ускорение вращения нейтронной звезды (см., например, Войдовски и др., 1998; Билдстен и др., 1997; Лутовинов и др., 1994 и ссылки там), являются свидетельством того, что в системе Sk160/SMCX-1, скорее всего, реализуется дисковая модель аккреции, сам же аккреционный диск может формироваться либо из звездного ветра, либо при перетекании вещества через внутреннюю точку Лагранжа.
Анализируя кривые блеска пульсара SMC X-1, полученные обсерваторией EXOSAT, Ангелини и др. (1991) обнаружили резкое (в раза), кратковременное повышение интенсивности излучения данного источника длительностью ^80 с, которое было ими интерпретировано как рентгеновский всплеск II типа. Недавние наблюдения пульсара обсерваторией RXTE позволили обнаружить более сотни подобных событий с характерными временами десятки секунд (Мун и др., 2003), что дает основания предполагать схожесть механизмов излучения и аккреции у исследуемого источника SMC X-1 и "пульсара-барстера" GROJ1744-28.
В настоящей работе проанализированы архивные данные, полученные телескопом АРТ-П обсерватории ГРАНАТ на предмет изучения долговременных изменений интенсивности источника, его временных и спектральных характеристик.
НАБЛЮДЕНИЯ
Рентгеновский телескоп АРТ-П международной орбитальной астрофизической обсерватории ГРАНАТ состоит из четырех соосных, полностью независимых модулей, каждый из которых включает в себя позиционно-чувствительный детектор с геометрической площадью 625 cм2 и кодирующую маску, построенную на основе URA-последовательностей. Он позволяет получать изображение выбранного участка неба по методике кодированной апертуры в поле зрения 3?4 х 3?6 (полная ширина диаграммы направленности) с номинальным разрешением мин. дуги в диапазоне энергий 3—60 кэВ и имеет энергетическое разрешение ^22% в калибровочной линии железа 5.9 кэВ. Наблюдения проводились в режиме "поток фотонов", при котором для каждого фотона в буферную память прибора записывались его координаты на детекторе, энергия (1024 канала) и время прихода (точность привязки времени прихода фотонов равна 3.9 мс, "мертвое" время — 580 мкс). Такой режим позволяет проводить как временной, так и спектральный анализ излучения каждого рентгеновского источника, находящегося
ГРАНАТ/АРТ-П SMC X -1
Фаза импульса
Рис. 1. Зависимость профиля импульса SMC X-1 от энергии по данным, полученным телескопом АРТ-П 24 апреля 1990 г. Ошибки соответствуют одному стандартному отклонению.
в поле зрения телескопа. Подробное описание телескопа дано в работе Сюняева и др. (1990).
Область Малого Магелланового Облака, содержащая пульсар SMC X-1, наблюдалась обсерваторией ГРАНАТ сериями один раз в год (табл. 1). Всего было проведено три серии наблюдений источника с общей экспозицией ~271000 с, что позволило детально исследовать излучение пульсара, его спектр и переменность на разных масштабах времени. Предварительные результаты временного анализа наблюдений пульсара SMC X-1 телескопом АРТ-П обсерватории ГРАНАТ были получены в работе Лутовинова и др. (1994). Эпичный профиль импульса источника в диапазонах энергий 3-6,6-10, 10-20 и 20-30 кэВ (рис. 1) представляет собой два симметричных пика, расположенных в интервале фаз 0.1-0.4 и 0.5-1.0, при этом с увеличением энергии фотонов ширина второго пика уменьшается.
Необходимо отметить, что во время первой серии наблюдений (весной 1990 г.) использовался первый модуль телескопа, последующие наблюдения были выполнены третьим модулем, который
Таблица 1. Наблюдения пульсара SMC X-1 телескопом АРТ-П в 1990—1992 гг.
Дата Длительность, с Орбитальная фаза Период пульсаций, са Доля пульсирующего излучения, %б Поток,® мКраб Светимость,6 1038 эрг с-1
05.04.1990 30750 0.33-0.46 - 5.1д 5.36 ±0.47 0.24 ± 0.02
22.04.1990 34490 0.65-0.77 0.70957531 ± 0.00000006 40.5 ± 1.9 64.0 ± 1.0 2.90 ± 0.04
24.04.1990 12750 0.19-0.23 0.70957326 ±0.00000012 41.1 ±2.3 63.0 ± 1.2 2.86 ± 0.06
25.04.1990 8300 0.42-0.45 0.70957451 ± 0.00000054 37.1 ±2.9 63.3 ± 1.4 2.87 ± 0.06
11.05.1990 17040 0.52-0.59 0.70955929 ±0.00000027 36.1 ±3.3 58.9 ± 1.3 2.67 ± 0.06
12.05.1990 44230 0.75-0.91 0.70955668 ±0.00000015 38.4 ±5.8 27.2 ±0.7 1.23 ± 0.03
25.01.1991 8240 0.08-0.11 0.70932134 ±0.00000057 27.8 ±5.5 18.8 ±3.5 0.85 ± 0.16
13.04.1991г 12060 0.09-0.14 0.70925884 ±0.00000223 16.0 ±7.2 12.8 ±2.4 0.58 ± 0.11
14.04.1991г 28340 0.38-0.46 0.70926034 ±0.00000087 11.7 ± 2.1 33.9 ±2.0 1.53 ± 0.09
21.04.1991г 6250 0.13-0.16 0.70925315 ±0.00000140 18.7 ± 3.5 47.1 ±4.7 2.13 ± 0.21
22.04.1991г 34320 0.43-0.56 0.70925311 ±0.00000014 18.1 ±2.0 62.2 ±2.2 2.82 ± 0.10
17.05.1992 15110 0.86-0.92 - 1.9Д 12.9Д 0.58д
18.05.1992 19200 0.17-0.26 0.70899141 ±0.00000623 4.2Д 11.6Д 0.52д
а После коррекции на барицентр Солнечной системы и орбитальное движение в двойной системе. б В диапазоне энергий 6—20 кэВ.
в В диапазоне энергий 6—20 кэВ в предположении расстояния до источника й = 50 кпк. г По техническим причинам невозможно восстановить спектр источника. д 3а верхний предел; для доли пульсирующего излучения указан в мКраб.
имел пониженную чувствительность в области мягких энергий, поэтому все результаты, представленные в данной работе, относятся к диапазону энергий 6—20 кэВ. Кроме того, высоковольтное напряжение детектора данного модуля значительно варьировалось со временем и не всегда была возможность проведения калибровочных наблюдений
Крабовидной туманности, что привело к значительным трудностям при построении матрицы отклика для некоторых сеансов наблюдений и в дальнейшем затруднило, а в ряде случаев не позволило
провести спектральный анализ рентгеновского излучения, зарегистрированного этим модулем.
ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСТОЧНИКА И ВСПЛЕСКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
Как было отмечено выше, долговременные наблюдения пульсара SMC X-1 показали, что наряду с собственным вращением нейтронной звезды и ее орбитальным движением, в системе присутствует
JD 2400000.5+
Рис. 2. Кривая блеска источника SMC X-1 в диапазоне энергий 6—20 кэВ, построенная за два года наблюдений телескопом АРТ-П. Точками показаны измеренные потоки в течение отдельного наблюдения, сплошной линией — результат наилучшей аппроксимации синусоидальным сигналом с периодом 61 день.
еще одна, близкая к периодической, составляющая — изменение интенсивности источника на масштабе времен в несколько де
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.