長期監測低質量X-Ray雙星4U 1820-30之軌道週期演化及運行機制;The Long-Term Monitoring of Orbital Modulation for Low Mass X-Ray Binary 4U 1820-30

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Title:	長期監測低質量X-Ray雙星4U 1820-30之軌道週期演化及運行機制;The Long-Term Monitoring of Orbital Modulation for Low Mass X-Ray Binary 4U 1820-30
Authors:	楊盛智;Cheng-Chih Yang
Contributors:	天文研究所
Keywords:	低質量X-ray雙星;RXTE;時序分析;Timing Analysis;RXTE;Low Mass X-ray Binary
Date:	2004-05-28
Issue Date:	2009-09-22 10:12:09 (UTC+8)
Publisher:	國立中央大學圖書館
Abstract:	本論文使用1998-2002年RXTE的觀測數據，針對座落於球狀星團NGC 6624中心附近的低質量X-ray雙星4U 1820-30，做長時間之監測以求得軌道週期的演化，以及尋找可能存在的運行機制：階級式的三星系統(hierarchical triple system)或吸積盤進動所引起的superhump現象。 4U 1820-30是由中子星與白矮星組成的雙星系統，距離地球約7.6千秒差距(kiloparsec)，它擁有目前已知X-ray雙星中最短的軌道週期(約11 .4分鐘)，而且軌道週期的一次微分項( )並不為常數。雖然Rappaport等人(1987)根據理論計算出 >0，但是Tan等人(1991)卻由實際觀測的結果推算出 <0，此理論值與觀測值不符合的現象引起眾人對軌道週期演化的興趣。為了與1976年以來的文獻結果相結合，本論文使用的觀測數據必須先跟phase zero epoch作比較，以便得出軌道週期相位演化的曲線。並不是每段1998-2002年之觀測數據的軌道光變都很明顯，經過AoV (Analysis of Variance)篩選機制以及觀測數據統計上的限制，符合要求的觀測數據只介於1998-1999年，並從中發現明顯的相位偏移(phase shift：-0.20 -0.31)及相位跳動( phase jitter= 0.034 )。 1976-1999年的相位演化曲線顯示三次擬合(cubic fitting)優於二次擬合(quadratic fitting)的可信度高達~99%，並從三次的擬合結果求得： = (1.87±0.96) x 10-13 yr-1、 = (-1.34±0.52) x 10-7 yr-1，這是4U 1820-30首次被觀測到軌道週期的二次微分項( )。然而項的發現意謂著，Tan等人(1991)提出的球狀星團重力加速理論可能需要被修正，甚至是更換另一個全新的理論，方能解釋為何理論值與觀測值不符合。另一方面，4U 1820-30不單具有約11分鐘的軌道週期，還擁有約171天的長週期X-ray光變現象(long-term modulation)，Grindlay (1986, 1988)提出這可能是第三顆星對此雙星系統造成的影響(階級式的三星系統，hierarchical triple system)。此外Haswell等人(2001)也提出，任何軌道週期小於4.2小時並以中子星為主星的低質量X-ray雙星，應該普遍地存在superhump現象。為了進一步驗證上述兩種運行機制是否真的存在於4U 1820-30，因而應用一維的CLEAN演算法(one-dimensional CLEAN algorithm)來尋找階級式三星系統或superhump在傅氏空間(Fourier space)中可能造成的beat sideband (sideband會出現在軌道頻率附近)。儘管RXTE 1998-2002年的觀測數據中擁有11組頻率解析度(frequency resolution)夠高的觀測時段(歷時 1.4-11.8 天)，但是這些觀測數據可能因曝光時間(exposure time)明顯不足而造成訊噪比(signal to noise ratio)過低，所以未能在CLEAN spectrum中發現任何明顯的sideband，藉此本論文也提出了諸點可供改善日後觀測的建議以利sideband的尋找。第一型X-ray爆發(TypeⅠX-ray burst)只發生在所謂的low state (low luminosity state)，但在RXTE 1996-2002年的觀測中，只在1996年和1999年分別觀測到一個X-ray爆發及一個異常的X-ray爆發(簡稱Superburst)，除此之外，即使該觀測點處於low state也沒觀測到任何劇烈的X-ray波動，造成此現象的可能原因是：4U 1820-30的low state小於Chou及Grindaly (2001)所訂定的範圍(光變曲線最低處的±23天)；另一種可能是Superburst的產生機制影響了中子星表面的熱核反應，導致劇烈的X-ray爆發不常發生。 We report our analysis results of the orbital modulation for the ultra-compact low mass X-ray binary 4U 1820-30 in globular cluster NGC 6624 monitored by the Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) from 1998 to 2002.Tthe data with insignificant orbital variations were first filtered out by their AOV statistics. Clear phase drift from -0.25 to -028 as well as phase jitter of 0.034 are detected during the 1998-2000 observation period. Combined with the observation results since 1976, the orbital phase evolution is in fact better described as a cubic function rather than the quadratic model proposed by the historical reports. The cubic fitting yields the first discovered = (1.87±0.96) x 10-13 per year and period derivative of = (-1.34±0.52) x 10-7 yr-1 at the phase zero epoch (HJD 2,442,803.63544). We conclude that the previous period derivatives were probably underestimated due to the significant . On the other hand, the CLEAN algorithm was also applied to search the possible side bands made by a hierarchical third star (triple model) or the tidally driven modulations of the accretion disk (superhump). However, no significant (2σ upper limit) sideband was detected in our data sets.
Appears in Collections:	[Graduate Institute of Astronomy] Electronic Thesis & Dissertation

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