Mit dem Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) und dem Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) haben Astronomen aus China und Indien zwei Röntgendoppelsterne beobachtet, die als GX 339−4 und EXO 1846−031 bekannt sind. Ergebnisse der Beobachtungskampagne, veröffentlicht am 29. Mai am arXiv Pre-Print-Repositorys liefern wichtige Informationen über die Entwicklung der in diesen Systemen identifizierten quasiperiodischen Oszillationen (QPOs).
Röntgendoppelsterne (XRBs) bestehen aus einem normalen Stern oder einem Weißen Zwerg, der Masse auf einen kompakten Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch überträgt. Basierend auf der Masse des Begleitsterns unterteilen Astronomen sie in Röntgendoppelsterne mit geringer Masse (LMXB) und Röntgendoppelsterne mit hoher Masse (HMXB).
GX 339−4 und EXO 1846−031 sind zwei vor Jahrzehnten entdeckte LMXBs von Schwarzen Löchern, die sich beide in einer Entfernung von 39.000 Lichtjahren von der Erde befinden. Die Massen der Schwarzen Löcher in diesen beiden Systemen werden auf vier bis elf Sonnenmassen geschätzt.
Frühere Beobachtungen von GX 339−4 und EXO 1846−031 haben ergeben, dass sie QPOs aufweisen. Im Allgemeinen geht man davon aus, dass solche Schwingungen auftreten, wenn Röntgenstrahlen in der Nähe des inneren Randes einer Akkretionsscheibe emittiert werden, in der Gas auf ein kompaktes Objekt wie einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch wirbelt. Niederfrequente quasiperiodische Schwingungen (mit Frequenzen im Bereich von einigen MHz bis 30 Hz) können in drei Typen unterteilt werden: QPOs vom Typ A, -B und -C, basierend auf Qualitätsfaktor, Rauschtyp, Bruchmittelwert. Quadrat (rms) und Phasenverzögerung.
GX 339−4 und EXO 1846−031 weisen bekanntermaßen Typ-C-QPOs auf, die durch einen starken und schmalen Peak mit einer Schwerpunktfrequenz im Bereich von 0,01 Hz bis 30 Hz gekennzeichnet sind, überlagert von einem starken, 15–30 % Bruchteil des Effektivwerts Amplitude, breitbandiger Rauschanteil. Kürzlich hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Zuobin Zhang von der Fudan-Universität in Shanghai, China, eine HXMT- und NICER-Überwachung der Typ-C-QPOs in diesen beiden Systemen durchgeführt, in der Hoffnung, mehr Einblicke in ihre Entwicklung und Eigenschaften zu erhalten.
Die Beobachtungen ergaben, dass die Entwicklung der QPO-Frequenz eng mit der Massenakkretionsrate und dem inneren Scheibenradius in GX 339−4 und auch in EXO 1846−031 zusammenhängt. Die Astronomen stellten fest, dass eine solche Korrelation der Vorhersage des dynamischen Frequenzmodells folgt. Die dynamische Frequenz ist das Verhältnis der Schallausbreitungsgeschwindigkeit der Innenscheibe zum Abstrahlradius.
Dem Papier zufolge erscheinen die Typ-C-QPOs in GX 339-4 und EXO 1846-031 am Ende des Low-Hard-Zustands und/oder des Hard-Intermediate-Zustands. Die Studie ergab eine starke positive Korrelation zwischen der QPO-Frequenz und dem Photonenindex des Potenzgesetzes zu Beginn der Beobachtungen, die bei den höchsten Werten der QPO-Frequenz abflacht oder sich umkehrt.
Die Forschung bestätigte auch die Hochspinnatur des Schwarzen Lochs in EXO 1846−031, die durch frühere Studien nahegelegt wurde, in denen die verschwommenen Reflexionsspektren dieses Systems analysiert wurden.
Mehr Informationen:
Zuobin Zhang et al., Entwicklung von QPOs in GX 339-4 und EXO 1846-031 mit Insight-HXMT und NICER, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2305.18249
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