научная статья по теме ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОЙ НОВОЙ SWIFT J174510.8-262411 НА ЗАТУХАЮЩЕЙ СТАДИИ ВСПЫШКИ Астрономия

Текст научной статьи на тему «ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОЙ НОВОЙ SWIFT J174510.8-262411 НА ЗАТУХАЮЩЕЙ СТАДИИ ВСПЫШКИ»

УДК 524.7

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОЙ НОВОЙ SWIFT J174510.8-262411 НА ЗАТУХАЮЩЕЙ

СТАДИИ ВСПЫШКИ

© 2014 г. С. А. Гребенев*, А. В. Просветов, Р. А. Буренин

Институт космических исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 24.09.2013 г.

Приведены результаты квазиодновременных наблюдений обсерваториями SWIFT и РТТ-150 рентгеновской новой SWIFT J174510.8-262411 в мае—июне 2013 г., на затухающей стадии ее вспышки. Показано, что спектр новой в широчайшем диапазоне энергий (от инфракрасных полос z и i до жесткого рентгена) может быть аппроксимирован единым степенным законом излучения, искаженным из-за поглощения, но без каких-либо признаков присутствия мягкой (чернотельной) компоненты. Присутствие такой компоненты предполагают общепринятые модели дисковой аккреции на черную дыру в двойной системе. Наблюдение единого степенного спектра может означать, что основной вклад в поток от источника дает синхротронное излучение его релятивистских струй (джетов), либо — что аккреционный диск является всюду горячим, оптически тонким, излучающим нетепловым образом.

Ключевые слова: рентгеновские источники, транзиенты, черные дыры, спектральные состояния, дисковая аккреция.

DOI: 10.7868/80320010814040019

ВВЕДЕНИЕ

Рентгеновские новые (маломассивные двойные, обычно находящиеся в "выключенном" состоянии, но временами вспыхивающие на несколько месяцев из-за нестационарной аккреции на черную дыру или нейтронную звезду со слабым магнитным полем) интересны тем, что содержат более 80% (Черепащук, 2003) всех черных дыр, открытых в Галактике. Во "включенном" высоком состоянии в их рентгеновском спектре наблюдаются две компоненты излучения: мягкая, связанная с чер-нотельным излучением внешних холодных непрозрачных областей аккреционного диска, и жесткая, степенная с фотонным индексом ~1.5-2.5, простирающаяся до энергий >100 кэВ. Считается, что она формируется в результате комптонизации низкочастотных фотонов во внутренней горячей оптически тонкой области диска, раздутой из-за тепловой неустойчивости (Шапиро и др., 1976; Сю-няев, Титарчук, 1980). Когда источник находится во "включенном" низком состоянии, эта область имеет особенно большой размер и на энергиях

Электронный адрес: sergei@hea.iki.rssi.ru

Ни > 1 кэВ в спектре видна только жесткая компонента; внешние области диска, как предполагается, отвечают лишь за ультрафиолетовое, оптическое и инфракрасное излучение системы. Собственное излучение диска в этих диапазонах может многократно усиливаться из-за рентгеновского облучения и прогрева поверхности внешних областей. Так как система маломассивная, оптическое излучение звезды-спутника мало1 , поэтому создаются идеальные условия для исследования взаимосвязи оптического и рентгеновского излучения диска и проверки описанной выше картины его формирования.

К сожалению, одновременные рентгеновские и оптические наблюдения рентгеновских новых в жестком состоянии пока достаточно редки и сколько-нибудь полного сравнения теории с наблюдениями сделано не было. Немногие существующие наблюдения не дают оснований успокаиваться — 1) корреляция оптического и рентгеновского

1 В редких случаях можно наблюдать излучение ее поверхности, обращенной к компактному объекту и прогретой рентгеновскими лучами.

широкополосный спектр ИЗЛУЧЕНИЯ

199

Рис. 1. Кривая блеска источника SWIFT J174510.8-262411 в диапазоне 25-50 кэВ в период с сентября 2012 г. по июнь 2013 г., построенная по данным телескопа BAT обсератории SWIFT. Начальная фаза вспышки (t* < 18.5 сут, где t* обозначает 1 сентября 2012 г.) дана с разрешением 4 ч, участок до t* < 185 сут — с разрешением 2 сут, а t* > 185 сут. — 3 сут. Стрелками отмечены моменты наблюдений этого источника телескопом РТТ-150 и ближайшего к нему наблюдения телескопом XRT обсерватории SWIFT.

излучения как на короткой временной шкале (секунды и миллисекунды, см. Канбах и др., 2001; Хайнec и др., 2003; Гандхи и др., 2008), так и на масштабе дней и месяцев (например, Кориат и др., 2009) оказывается более сложной, чем в описанной простой картине; 2) рентгеновский прогрев в пределе стандартного аккреционного диска — недостаточно сильным, чтобы объяснить наблюдаемые оптические потоки (Вртилек и др., 1990; Есин и др., 2000; Сулейманов и др., 2008); 3) а широкополосный спектр излучения источника, по крайней мере в отдельных случаях, описывается единым степенным законом не только в рентгеновском, но и в оптическом и радиодиапазонах (например, Томсик и др., 2008; Гребенев и др., 2013; см. также Корбел и др., 2013), что заставляет думать о роли синхротронного излучения и других нетепловых процессов в его формировании. В этих условиях любые новые наблюдения источников — кандидатов в черные дыры, выполненные одновременно в рентгене и оптике, приобретают важнейшее значение.

В данной работе представлен широкополосный (от инфракрасного до жесткого рентгеновского диапазонов) спектр излучения рентгеновской новой SWIFT J174510.8-262411, полученный в мае-июне 2013 г. на поздней (затухающей) стадии ее

вспышки. Эта новая, известная также под именами SWIFT J1745.1-2624 или SW J1745-26, была впервые обнаружена 16 сентября 2012 г. в ^2?5 от галактического центра (Каммингс и др., 2012а,б; Вовк и др., 2012), но остается достаточно яркой и по сей день — год спустя. Согласно наблюдениям спутника SWIFT и обсерватории ИНТЕГРАЛ в рентгеновском диапазоне ранней весной 2013 г. она характеризовалась жестким степенным спектром излучения с фотонным индексом а ~ 1.4 ± 0.1 (Сбаруфати и др., 2013; Кулкерс и др., 2013), близким к наблюдавшемуся в первые дни после начала вспышки (Вовк и др., 2012; Томсик и др., 2012; Гребенев, Сюняев, 2012; Беллони и др., 2012).

ПРИБОРЫ И АНАЛИЗ ДАННЫХ

Оптические и ближние инфракрасные наблюдения источника SWIFT J174510.8-262411 были выполнены российско-турецким 1.5-метровом телескопом РТТ-150 3 июня 2013 г. К сожалению, ранее — во время активной фазы вспышки — источник в ночное время был вне зоны видимости. В качестве детектора использовался спектрометр TFOSC, установленный в фокусе Кассегрена с фокусным расстоянием 1 : 7.7, позволяющий проводить спектроскопию среднего и низкого разрешения в диапазоне длин волн 330—1000 нм. В данном

Рис. 2. Изображение неба в разных фильтрах вблизи источника SWIFT J174510.8-262411, полученное телескопом RTT-150 3 июня 2013 г. (изображение в фильтре i показано цветом R, в фильтре r — цветом G, в фильтре g — цветом B). Размер изображения . Источник отмечен кружком радиуса 1'.'5.

Рис. 3. Изображение неба вблизи источника SWIFT J174510.8-262411 в фильтре r, полученное телескопом RTT-150 3 июня 2013 г. Цвет инвертирован. Размер изображения ~1'. Источник указан стрелкой.

случае он использовался как фотометр, последовательно выполняя измерения в фильтрах z, i, r и g с временем экспозиции по 600 с. Фотометрическая калибровка проводилась с помощью стандартных звезд, обработка наблюдений — с помощью пакета программного обеспечения IRAF.

Квазиодновременные рентгеновские наблюдения источника были выполнены астрофизической обсерваторией SWIFT (Джерелс и др., 2004). Для обсерватории ИНТЕГРАЛ к этому времени область центра Галактики уже была недоступна. Использовались данные гамма-телескопа BAT, чувствительного в диапазоне 15—150 кэВ с полем зрения 1.4 стер. (Бартелми и др., 2005) и данные рентгеновского телескопа XRT, чувствительного в диапазоне 0.2—10 кэВ (Барроус и др., 2005). Для получения изображений неба и исследования свойств отдельных источников в телескопе BAT используется теневая маска, в телескопе XRT — зеркала косого падения.

Анализ данных телескопов BAT и XRT был выполнен с помощью стандартных пакетов программ обработки данных обсерватории SWIFT (см. также Эванс и др., 2010, и ссылки там). Спектральный анализ проведен частично с помощью пакета программ NASA/HEASARC/XSPEC (Арнауд и др., 1996), частично — пакета программ, разработанных в ИКИ РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На рис. 1 показана кривая блеска рентгеновской новой SWIFT J174510.8-262411 в жестком диапазоне энергий 25—50 кэВ, полученная по ее наблюдениям телескопом BAT обсерватории SWIFT со времени открытия в сентябре 2012 г. и до конца июня 2013 г. Видно, что к моменту наблюдения новой телескопом РТТ-150 3 июня (отмеченному на рисунке правой вертикальной стрелкой) ее рентгеновский поток упал относительно максимума более, чем в 50 раз. Это падение, правда, не было монотонным — кривая демонстрирует три последовательные мощные вспышки с интервалом ^100 дней между ними. Левой вертикальной стрелкой показан момент ближайшего наблюдения новой

Таблица 1. Потоки от источника SWIFT J174510.8-262411 3 июня 2013 г. по данным телескопа РТТ-150

Фильтр Звездная величина

Z 18.99 ± 0.05

i 20.07 ± 0.12

г 21.48 ± 0.18

g >21.55

Таблица 2. Аппроксимация спектра излучения источника SWIFT J174510.8-262411, полученного 3 июня 2013 г., степенным законом с поглощением

аа AT®, Ю22 см"2 цЬвъ^ 1036 эргс-1 ЦоЬ 1036 эрге-1 Х2(А0д

1.671 ±0.009 1.205 ±0.026 3.49 ±0.26 5.19 ±0.39 0.063(3)

а Фотонный индекс.

б Поверхностная плотность водорода по поглощению. в Измеренная светимость в диапазоне 0.001 —50 кэВ в при й = 8 кпк. г Светимость, скорректированная на фотопоглощение.

д Значение х2 наилучшей аппроксимации, нормированное на N (Ы — число степеней свободы).

телескопом XRT обсерватории SWIFT (23 мая 2013 г.). Оно предшествует оптическим наблюдениям на ~10 дней и было последним в серии достаточно регулярных наблюдений этой новой (следующее наблюдение телескопом XRT было выполнено уже только в сентябре 2013 г.).

На рис. 2 показано RGB-изображение области неба размером ~1', содержащей источник, полученное в ходе его наблюдения телескопом РТТ-150 в фильтрах i, r, g, а на рис. 3 — монохроматическое изображение в фильтре r. Видно, что область густо населена, что естественно в силу ее близости к направлению на галактический центр. Сам источник SWIFT J174510.8-262411 (его инфракрасный спутник) является одной из самых слабых звезд поля. Измерения его потока в разных фильтрах приведены в табл. 1.

В рентгеновском диапазоне спектр излучения источника н

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.

Показать целиком