ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2007, том 33, № 3, с. 175-185
УДК 524.354.4
ПЕРВОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ИСТОЧНИКА AX J1749.1 —2733 В ЯРКОМ РЕНТГЕНОВСКОМ СОСТОЯНИИ - ЕЩЕ ОДИН "БЫСТРЫЙ" ТРАНЗИЕНТ, ВЫЯВЛЕННЫЙ ОБСЕРВАТОРИЕЙ ИНТЕГРАЛ
© 2007 г. С. А. Гребенев1*, Р. А. Сюняев1,2
1 Институт космических исследований РАН, Москва 2Институт астрофизики Общества им. Макса Планка, Гархинг, Германия Поступила в редакцию 28.12.2005 г.
Мощная вспышка жесткого излучения рентгеновского транзиента AX J1749.1—2733 (с потоком ^50 мКраб в максимуме блеска) была зарегистрирована гамма-телескопом IBIS/ISGRI обсерватории ИНТЕГРАЛ при мониторировании поля галактического центра 8—10 сентября 2003 г Ранее этот источник никогда не наблюдался в ярком рентгеновском состоянии. Во время вспышки спектр излучения источника был пологим и жестким (простирался до ^100 кэВ), степенным в стандартном рентгеновском диапазоне и экспоненциально обрывающимся выше 40—50 кэВ. Жесткость спектра уменьшалась с увеличением потока излучения. Эти и другие свойства, описанные в работе, а также краткость вспышки (< 2 сут) позволяют отнести источник к группе "быстрых" рентгеновских транзиентов, многие представители которой имеют оптическим компонентом сверхгигант раннего O—B спектрального класса. Обсуждены возможные причины вспышек "быстрых" транзиентов. Показано, что аккреция из звездного ветра сверхгиганта должна была бы приводить к интенсивному непрерывному излучению транзиентов. Отсутствие излучения можно объяснить выбрасыванием аккрецирующего вещества из системы (эффект "пропеллера") при его контакте с магнитосферой быстровращающейся нейтронной звезды. Транзиентные вспышки могли бы возникать у источников этого типа, если период вращения их нейтронной звезды Ps лишь немного отличается от критического периода P* ^ 3 с, при котором еще возможен эффект "пропеллера". Вспышка инициируется незначительным повышением локальной плотности звездного ветра — в (P*/Ps)7/3 раз. Весь профиль вспышки не может быть объяснен отдельной неоднородностью в ветре, а является отражением долговременного (^2 сут в случае AX J1749.1 —2733) изменения темпа истечения ветра с поверхности сверхгиганта, обращенной к компактному источнику. Увеличение темпа истечения ветра могло быть усилено из-за прогрева поверхности сверхгиганта рентгеновскими лучами.
Key words: рентгеновские источники, транзиенты, аккреция.
THE FIRST OBSERVATION OF AX J1749.1-2733 IN A HIGH X-RAY STATE—ANOTHER FAST TRANSIENT REVEALED BY INTEGRAL, by S. A. Grebenev and R. A. Sunyaev. An intense hard X-ray outburst was detected by the IBIS/ISGRI gamma-ray telescope onboard the INTEGRAL observatory from the X-ray transient AX J1749.1—2733 (with a peak flux of ^50 mCrab) when the field of the Galactic center was monitored on September 8—10, 2003. Previously, this source had never been observed in a high X-ray state. During the outburst, the source's spectrum was flat and hard (extended to ^100 keV), followed a power law in the standard X-ray range, and had an exponential cutoff above 40—50 keV. The spectral hardness decreased with increasing flux. These and other properties described here and the brevity of the outburst (< 2 days) allow the source to be attributed to the group of fast X-ray transients many representatives of which have an early O—B supergiant as their optical companion. Possible causes of the outbursts of fast transients are discussed. We show that accretion from the supergiant's stellar wind should have led to an intense continuous emission from transients. The absence of emission can be explained by the ejection of accreting matter from the system (the propeller effect) during its contact with the magnetosphere of a rapidly rotating neutron star. Transient outbursts could originate in sources of this type if the spin period of their neutron star Ps differs only slightly from the critical period P* ^ 3 s at which the propeller effect is still possible. An outburst is triggered by an insignificant rise in the local stellar wind density, by a factor of (Ps*/Ps)7/3. The entire outburst profile cannot be explained by an
Электронный адрес: sergei@hea.iki.rssi.ru
individual inhomogeneity in the wind, but is the reflection of a long-term (~2 days for AX J1749.1 —2733) change in the rate of wind outflow from the supergiant's surface facing the compact source. The rate of wind outflow could be enhanced through X-ray heating of the supergiant's surface.
PACS numbers: 95.85.Nv; 97.10.Gz; 97.10.Me; 97.60.Gb; 97.60.Jd; 97.80.Jp; 98.70.Qy
Key words: X-ray sources, transients, accretion.
ВВЕДЕНИЕ
При исследовании области галактического центра 8—10 сентября 2003 г. обсерваторией ИНТЕГРАЛ была зарегистрирована вспышка жесткого излучения (с потоком ^45 мКраб в максимуме блеска) от обычно очень слабого источника АХ Л749.1—2733. Открытый в 1996 г. во время глубокого обзора этой области обсерваторией АБСА (Сакано и др., 2002), этот источник не был отождествлен и никогда не наблюдался в ярком рентгеновском состоянии.
На момент открытия, 19—20 сентября 1996 г., источник имел поток излучения ~1.5 х х 10-12 эрг см-2 с-1 (^0.04 мКраб) в диапазоне энергий 0.7—10 кэВ. Такой поток соответствует светимости Lx ~ 1 х 1034 эрг с-1 на расстоянии галактического центра d = 8 кпк, что лишь незначительно превышает светимость, характерную для "спокойного" ("выключенного") состояния рентгеновских транзиентов (Мину и др., 1999). На низких энергиях спектр рентгеновского излучения АХ Л1749.1 —2733 был искажен из-за фотопоглощения, соответствующего поверхностной плотности водорода ^ ~ 2.5 х 1023 см-2. Источник не был выявлен в предыдущих наблюдениях этой области обсерваторией АБСА 26—27 марта и 25 сентября 1995 г. Предел (3а) на поток излучения, полученный во время первого, более длительного, наблюдения был равен 1.3 х 10-12 эрг см-2 с-1.
В то же время АХ Л1749.1—2733 был уверенно зарегистрирован в двух последующих наблюдениях, 15—16 сентября 1997 г. и 13—16 марта 1998 г. За полтора года поток излучения увеличился в ^4 раза и достиг уровня ^6 х 10-12 эргсм-2 с-1. Если подобная тенденция сохранилась и в последующие годы, зарегистрированная 8—10 сентября 2003 г. вспышка могла быть прямым следствием постепенно увеличивающейся активности источника.
Вспышка АХ Л1749.1 —2733 эффективно продолжалась чуть более суток, что указывает на принадлежность этого источника к группе так называемых "быстрых" рентгеновских транзи-ентов с временем жизни, более коротким, чем характерное "вязкое" время протекания вещества через стандартный аккреционный диск1 в
'Формирующийся при аккреции через внутреннюю точку
Лагранжа, т.е. имеющий радиус, сравнимый с размерами
полости Роша компактного объекта.
двойной системе (Шакура, Сюняев, 1973). В эту группу входит по крайней мере 8 источников: IGR J16465—4507 (Лутовинов и др., 2004), IGR J16479—4514 (Мольков и др., 2003; Сгуэра и др, 2005), XTE J1739—302/IGR J17391—3021 (Смит и др., 1997, 1998; Сюняев и др., 20036), IGR J17544—2619 (Сюняев и др., 2003а; Гребе-нев и др., 2003, 2004; Гонзалес-Риестра и др., 2004; ин'т Занд и др., 2004; ин'т Занд, 2005), SAX J1818.6—1703 (ин'т Занд и др., 1998; Гребенев, Сюняев, 2005), AX 1841.0-0536 (Бамба и др., 2001; Негуруела и др., 2005), AX 1845.0-0433 (Ямаучи и др., 1995; Негуруела и др., 2005), XTE J1901+014 (Ремиллард, Смит, 2002). По-видимому, аккреция в этих источниках происходит из звездного ветра оптического компонента двойной системы. Сами вспышки могут быть инициированы нерегулярностью и сильной неоднородностью звездного ветра (Голенецкий и др., 2003; ин'т Занд, 2005). Оптическое отождествление некоторых из этих транзиентов с OB-сверхгигантами (Негуруела и др., 2005) подтверждает эту точку зрения и предполагает присутствие на рентгеновском небе еще многих не открытых и никак не проявивших себя источников этой группы.
Ниже подробно описаны результаты наблюдений вспышки источника AX J1749.1 —2733 обсерваторией ИНТЕГРАЛ. Показано, что свойства его рентгеновского излучения и в самом деле имеют много общего со свойствами излучения других быстрых транзиентов.
НАБЛЮДЕНИЯ
Международная обсерватория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ (Винклер и др., 2003) была выведена на высокоапогейную орбиту ракетой-носителем ПРОТОН в октябре 2002 г. (Эйсмонт и др., 2003). На борту находятся четыре телескопа, позволяющие проводить одновременные наблюдения в рентгеновском, гамма- и оптическом диапазонах. Настоящая работа основана на данных рентгеновского монитора JEM-X и детектора ISGRI гамма-телескопа IBIS. Для получения изображений неба и исследования свойств индивидуальных источников эти телескопы используют принцип кодирующей апертуры.
Монитор JEM-X (Лунд и др., 2003) работает в стандартном рентгеновском диапазоне 3—35 кэВ. Поле зрения диаметром 13?2 (диаметр области
полного кодирования 4?8) ограничено коллиматором. Хорошее угловое разрешение 3'.35 (FWHM) позволяет проводить более точную локализацию ярких источников по сравнению с телескопом IBIS. В качестве позиционно-чувствительного детектора используется газовая камера с площадью входного окна 490 см2 и энергетическим разрешением AE/E - 16% (FWHM) на 6 кэВ. Эффективная площадь для источников в центре поля зрения равна лишь -75 см2, так как более 80% детектора затеняется непрозрачными элементами маски и стенками коллиматора.
Телескоп IBIS (Убертини и др., 2003) ориентирован на работу в жестких рентгеновских и гамма-лучах. Имеет поле зрения 30? х 30? (зона полного кодирования 9? х 9?), угловое разрешение 12' (FWHM). Телескоп оснащен двумя позиционно-чувствительными детекторами: ISGRI (Лебран и др., 2003) и находящимся под ним PICsIT (Лабанти и др., 2003). Детектор ISGRI, данные которого используются в работе, состоит из 128 х 128 полупроводниковых элементов CdTe, максимум чувствительности которых приходится на диапазон 18—200 кэВ. Полная площадь элементов равна 2620 см2, эффективная площадь для источников в центре поля зрения -1100 см2 (половина детектора затеняется непрозрачными элементами апертуры). Энергетическое разрешение детектора AE/E ~ 7% (FWHM).
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.