УДК 524.354.4
РЕГИСТРАЦИЯ ПЕРВОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ВСПЛЕСКА ТЕРМОЯДЕРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ОТ ИСТОЧНИКА
AX J1754.2-2754
© 2007 г. И. В. Человеков*, С. А. Гребенев
Институт космических исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 14.06.2007 г.
При анализе архивных данных обсерватории ИНТЕГРАЛ нами был выявлен мощный рентгеновский всплеск, зарегистрированный 16 апреля 2005 г. телескопами JEM-X и IBIS/ISGRI от слабого и плохо исследованого источника AX J1754.2—2754. Анализ временных профилей и спектров излучения позволяет отнести это событие к всплескам I рода, связанным с термоядерными взрывами на поверхности нейтронных звезд, а сам источник — к рентгеновским барстерам. Особенности рентгеновского излучения, наблюдавшиеся на начальном этапе эволюции всплеска, указывают на сильное расширение (и соответствующее охлаждение) фотосферы нейтронной звезды, происходящее в это время под действием давления излучения. Полагая светимость на этом этапе эддингтоновской, мы оценили расстояние до источника всплеска d = 6.6 ± 0.3 кпк (в случе водородной атмосферы нейтронной звезды) и d = 9.2 ± 0.4 кпк (в случае гелиевой атмосферы).
Ключевые слова: рентгеновские источники, транзиенты, аккреция.
DETECTION OF THE FIRST THERMONUCLEAR X-RAY BURST FROM AX J1754.2-2754, by I. V. Chelovekov and S. A. Grebenev. When analyzing the archival data of the INTEGRAL observatory, we detected an intense X-ray burst recorded on April 16,2005, by the JEM-X and IBIS/ISGRI telescopes from the weak and poorly studied source AX J1754.2—2754. Analysis of its time profiles and spectra allows this event to be attributed to the type I bursts associated with thermonuclear explosions on the surfaces of neutron stars and the source itself to X-ray bursters. Peculiarities of the X-ray emission observed at the initial evolutionary phase of the burst point to a dramatic expansion (and the corresponding cooling) of the neutron star photosphere that takes place during this time under the action of radiation pressure. Assuming the luminosity of the source at this phase to be the Eddington one, we have estimated the distance to the burst to be d = 6.6 ± 0.3 kpc (for a hydrogen atmosphere of the neutron star) and d = 9.2 ± 0.4 kpc (for a helium atmosphere).
PACS numbers: 95.85.Nv; 97.60.Jd; 97.80.Jp; 98.70.Qy
Key words: X-ray sources, transients, accretion.
ВВЕДЕНИЕ
Рентгеновский источник АХ Л 1754.2—2754 был открыт 2—3 октября 1999 г. орбитальной обсерваторией ASCA (Сакано и др., 2002). Поток его излучения в диапазоне 0.7—10 кэВ достигал -40"11 эрг см-2 с-1 (^0.3 мКраб). Спектр излучения был степенным с фотонным индексом а ~ 2.5 и поглощением на низких энергиях, соответствующим Nн ~ 2 х 1022 см-2. Тип источника и его компактного объекта определить не удалось.
Электронный адрес: chelovekov@hea.iki.rssi.ru
Позже АХ Л 1754.2—2754 был зарегистрирован (на пределе чувствительности — с потоком в диапазоне 17—60 кэВ, равным 2.05 ± 0.53 мКраб) в жестком рентгеновском обзоре неба, выполненном орбитальной обсерваторией ИНТЕГРАЛ в 2003-2006 гг. (Кривонос и др., 2007). Эти наблюдения также не смогли пролить свет на его природу.
В настоящей работе мы сообщаем об открытии от этого источника приборами обсерватории ИНТЕГРАЛ рентгеновского всплеска I рода (см. также Человеков, Гребенев, 2007) и приводим результаты его подробного исследования. На-
250 -
н о
н 200 о
и о н о
с
150 -
100 -
700
800 900
Время, с
1000
Рис. 1. Запись скорости счета событий детектором телескопа ^М-Х 16 апреля 2005 г. во время рентгеновского всплеска, зарегистрированного от источника АХ Л754.2-2754 (диапазон 3-20 кэВ, по оси Х отложено время в секундах от начала наведения иТ 21ь 58т 358, шаг по времени равен 5 с). Кривая скорректирована на "мертвое время" детектора и на коэффициент, связанный с включением электроникой телескопа "серого" фильтра в момент всплеска. На врезке начальный этап всплеска приведен с меньшим шагом (1 с), чтобы показать его сложную структуру с возможным прекурсором.
блюдение всплеска позволяет идентифицировать AX J1754.2—2754 как рентгеновский барстер, т.е. источник, содержащий нейтронную звезду.
ПРИБОРЫ И НАБЛЮДЕНИЯ
Международная обсерватория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ (Винклер и др., 2003) была выведена на орбиту российским носителем ПРОТОН 17 октября 2002 г. (Эйсмонт и др., 2003). Ее телескопы позволяют проводить одновременные наблюдения в рентгеновском, гамма- и оптическом диапазонах. В настоящей работе используются данные, полученные рентгеновским монитором JEM-X (Лунд и др., 2003) и детектором ISGRI (Лебран и др., 2003) гамма-телескопа IBIS (Убертини и др., 2003). Оба прибора используют принцип кодирующей апертуры для получения изображений неба в поле зрения и исследования индивидуальных источников.
Монитор JEM-X чувствителен к фотонам в диапазоне энергий 3—35 кэВ, имеет поле зрения диаметром 13?2 (диаметр области полного кодирования 4?8) и угловое разрешение 3.35 (FWHM).
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.
Детектор ISGRI состоит из 128 х 128 полупроводниковых элементов CdTe, максимум чувствительности которых приходится на диапазон 18—200 кэВ. Его энергетическое разрешение AE/E — 7% (FWHM). Полная площадь элементов равна 2620 см2, эффективная площадь для источников в центре поля зрения —1100 см2 (половина детектора затеняется непрозрачными элементами маски). Телескоп IBIS имеет поле зрения размером 30? х 30? (область полного кодирования 9? х 9?) и угловое разрешение 12' (FWHM), что позволяет определять положение рентгеновских источников с точностью лучше 2 мин. дуги.
Всплеск рентгеновского излучения от источника AX J1754.2—2754 был зарегистрирован 16 апреля 2005 г. — в то время, когда обсерватория ИНТЕГРАЛ проводила глубокое (с очень большой экспозицией) наблюдение области галактического центра. Но выявлен нами всплеск был значительно позже (см. Человеков, Гребенев, 2007) — в ходе работ по программе поиска рентгеновских всплесков в открытых (общедоступных) архивных данных прибора IBIS/ISGRI обсерватории ИНТЕГРАЛ1. Методы анализа и обработки данных, используемые в этой программе, подробно изложены в работе Человекова и др. (2006). Проведенная позже проверка показала, что всплеск был зарегистрирован также прибором JEM-X.
ВРЕМЕННОЙ ПРОФИЛЬ ВСПЛЕСКА
На рис. 1 приведена запись скорости счета событий в диапазоне энергий 3—20 кэВ детектором телескопа JEM-X в течение —400 с, во время которых наблюдался всплеск. Уровень довсплес-ковой скорости счета, связанной с постоянным излучением источников в поле зрения, а также
!При подготовке статьи выяснилось, что всплеск вызвал автоматическое срабатывание системы IBAS раннего обнаружения космических гамма-всплесков в данных телескопа IBIS/ISGRI (событие 2463). Сотрудники системы IBAS по сети оповещения о координатах гамма-всплесков (GCN) распространили сообщение (Мерегетти и др., 2005) о том, что это событие, скорее всего, не является реальным гамма-всплеском, и указали на возможный источник наблюдаемой активности — AX J1754.2—2754. В сообщении, однако, не обсуждались свойства и тип вспышки и природа ее источника.
космическим и приборным фоновым излучением, показан пунктиром. Временной профиль всплеска характеризовался резким (длительностью ^10 с) подъемом и долгим экспоненциальным спадом (с экспоненциальным временем te = 67 ± 3 с в указанном диапазоне). Такой профиль типичен для рентгеновских всплесков I рода (его часто называют FRED — Fast Rise Exponential Decay). Максимум скорости счета (^2 Краб) был достигнут в UT 22h 10m25s. На врезке показан профиль начального этапа всплеска с лучшим временным разрешением. Видно, что он имел достаточно сложную структуру — можно предположить даже существование отдельного начального узкого импульса (прекурсора) длительностью <2 с за 5—6 с до максимума всплеска.
Не менее интересно исследовать профиль всплеска с лучшим энергетическим разрешением и проследить, как его форма меняется с энергией. На панелях рис. 2 сверху вниз приведены записи скорости счета событий детектором телескопа JEM-X в диапазонах 3—6, 6—12, 12—20 кэВ и детектором ISGRI телескопа IBIS в диапазонах 15—20 и 20—40 кэВ. Эти записи, так же как запись, приведенная на рис. 1, учитывают все события, вне зависимости от направления прихода вызвавших их фотонов. Они воспроизведены с учетом необходимых поправок на "мертвое время" детекторов, а в случае JEM-X — еще и поправок, связанных с использованием этим телескопом при большой скорости счета так называемого "серого" фильтра (Лунд и др., 2003).
Из рис. 2 видно, что на начальном (<20 с) и на наиболее позднем (>80 с) этапах всплеска в его профиле доминировало очень мягкое (3—6 кэВ) излучение. После достижения максимума (на ^10 с всплеска) оно стало быстро затухать с характерным временем te = 31 ± 6 с, но затем (через ^30 с) затухание замедлилось. Излучение в диапазоне 6—12 кэВ достигло максимума через ^20 с после начала всплеска и позже затухало с экспоненциальным временем te = 115 ± ± 6 с. Жесткое (12—40 кэВ) излучение вообще появилось лишь на сравнительно коротком временном интервале 20—80 с, пройдя через максимум вблизи UT 22h 11m04s ( ^50 с с начала всплеска). Профиль всплеска в этом диапазоне имел почти треугольную форму. Все эти особенности характерны для рентгеновских всплесков I рода, связанных с термоядерными взрывами вещества, выпавшего на поверхность нейтронной звезды при аккреции в двойной системе. А присутствие (возможное) прекурсора и наблюдение очень мягкого излучения на начальном этапе всплеска указывают на возможность расширения фотосферы нейтроной звезды на этом этапе из-за достижения критической эддингтоновской светимости.
160
120
80
150
100
50
[а 40
(Ü
о н о
* 20 о н о
с
80
60
180
160
140
-1—I—i—i—i—i—I—i—i—i—i—I—i—i—i—i—I—i—i—i—i—г
JEM-X (3-6
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.