超铝X射线源(ULX)是一个有趣的系统,因为它们可以容纳中等质量的黑洞。或者,ULX可以代表以超爱丁顿速率吸积的恒星质量黑洞。最近,在高质量的ULX光谱中已经检测到能量高于几keV的光谱曲率或断裂。这些光谱特征被认为是反对中等质量黑洞的证据。在本文中,我们报告了一个新的XMM-牛顿观测的ULX Holmberg II X-1,也显示了一个清晰的光谱断裂约4千电子伏。这一观测是在系统的低光度状态下进行的,通过将这一新数据与高光度状态的XMM-牛顿观测进行比较,我们可以得出结论,光谱断裂能随光度增加而增加。这种行为与Holmberg IX星系中的ULX不同,在Holmberg IX星系中,光度和光谱突变能量之间的趋势相反。我们讨论的机制,可以解释这种复杂的行为。
英文摘要:
Ultraluminous X-ray sources (ULXs) are interesting systems as they can host intermediate mass black holes. Alternatively, ULXs can represent stellar-mass black holes accreting at super-Eddington rates. Recently spectral curvature or breaks at energies above a few keV have been detected in high quality ULX spectra. These spectral features have been taken as evidence against the intermediate-mass black hole case. In this paper, we report on a new XMM-Newton observation of the ULX Holmberg II X-1 that also shows a clear spectral break at approximately 4 keV. This observation was performed during a low luminosity state of the system and by comparing this new data to a high luminosity state XMM-Newton observation, we can conclude that the spectral break energy increases with luminosity. This behaviour is different to a ULX in the Holmberg IX galaxy,where an opposite trend between the luminosity and the spectral break energy has been claimed. We discuss mechanisms that could explain this complex behaviour.
Unveiling recurrent jets of the ULX Holmberg II X-1: evidence for a massive stellar-mass black hole?
我们报告发现一个明显的三重射电结构隐藏在超亮X射线源Holmberg II X-1的射电泡内。的形态是一致的准直射流结构,观察到发射光学薄的同步辐射。中心部分有一个陡峭的无线电频谱,并且比外部部分更亮,表明重新开始的无线电活动。我们估计最小时间平均喷流功率为2 x 10^{39} erg/s,与时间平均各向同性X射线光度至少为4 x 10^{39} erg/s相关。我们的研究结果表明,Holmberg II X-1是由一个M_BH \geq 25 M_sun的黑洞提供动力的,推测该黑洞以高爱丁顿速率吸积,并伴有间歇性的射电活动。
X-ray spectral cut-off and the lack of hard X-ray emission from two ultraluminous X-ray sources M81 X-6 and Holmberg IX X-1
利用Suzaku和XMM-Newton观测数据,对两个超亮X射线源(ULX)M81 X-6和Holmberg IX X-1进行了宽带X射线谱研究。我们进行联合宽带光谱分析的领域中最亮的源,即两个ULX和活动星系核(AGN)在M81,并证明了X射线光谱的ULX截止能量超过约3 keV,在朱雀HXD/PIN带的高能量的贡献可以忽略不计。在10- 30 keV波段,M81 X-6和Holmberg IX X-1的亮度上限分别为3.5e38ergs/s和1.2e39ergs/s。这些极限比M81 X-6的6.8e39ergs/s和Holmberg IX X-1的1.9e40 ergs/s的辐射热光度(0.1-30 keV)低一个数量级以上。我们的研究结果证实了早期的迹象推断,从明亮的ULX的XMM-牛顿观测光谱截止,并表明,没有一个额外的高能量幂律分量显着贡献的X射线发射。这两个ULX的光谱形式与银河系黑洞X射线双星(BHB)或活动星系核(AGN)的光谱形式有很大不同。这意味着ULX既不是恒星质量BHB的简单放大版本,也不是AGN的缩小版本。
X-ray spectral variability in the ultraluminous X-ray source Holmberg IX X-1
我们使用XMM-牛顿和雨燕数据来研究超铝X射线源(ULX),Holmberg IX X-1的光谱变化。光源的光度变化3-4倍,引起相应的光谱变化,这些变化是显著的,但微妙的,并且不能很好地通过简单的硬度比来跟踪。相反,我们共同添加的雨燕数据的强度箱,并做全光谱拟合光盘加上热康普顿模型。所有的数据都很好地拟合了一个低温,光学厚Comptonising日冕,和可变性可以大致的特点是降低温度和增加光学深度的源变得更亮,如预期的那样,如果日冕是逐渐质量加载的材料吹离超爱丁顿内盘。在具有类似光谱的其他ULX中观察到这种可变性行为,但与在具有更软光谱的ULX中观察到的趋势相反。这支持了ULX中存在两种不同的物理机制的想法,其中光谱从由盘状日冕主导到由风主导。
Spitzer IRAC observations of IR excess in Holmberg IX X-1: A circumbinary disk or a variable jet?
我们介绍了斯皮策红外线阵列相机(IRAC)的光度观测的超发光X射线源(ULX,X-1)在霍尔姆堡IX。我们构建了一个光谱能量分布(SED)Holmberg IX X-1的基础上公布的光学,紫外和X射线数据结合红外数据从这个分析。我们用磁盘和恒星模型模拟了X射线和光学数据,但是我们发现ULX SED中有一个明显的IR过量,这不能用任何这些模型的拟合或外推来解释。相反,进一步的分析表明,红外过量的结果要么从尘埃排放,可能从一个环双星盘或从一个可变的喷流。
The X-ray spectral evolution of the ultraluminous X-ray source Holmberg IX X-1
本文对Swift、XMM-Newton和NuSTAR天文台观测到的Holmberg IX X-1原型超亮X射线源(ULX)的X射线谱进行了新的分析。这颗ULX是一个持久的光源,典型的光度约为10^40 erg s^-1,在8年的时间里变化了4 ~ 5倍。我们发现,它的光谱往往演变从相对平坦的或两个组件的光谱中的中等能量带(1-6千电子伏),在较低的光度,光谱是明显弯曲和盘状在最高的光度,与峰值能量在弯曲的光谱往往随着光度的增加而减少。我们认为,ULX的光谱演化可以解释的超级爱丁顿吸积模型,在这种情况下,我们认为ULX的疏散漏斗沿其旋转轴,其大规模的辐射驱动风的范围内。光谱的变化,然后起源于增强的几何光束的吸积率增加,风漏斗变窄,导致从超临界流的中心区域的散射通量比各向同性的热发射风更快地变亮,因此弯曲的硬光谱分量占主导地位,在最高的光度。风也使漏斗边缘的光子向下康普顿散射,导致光谱的峰值能量降低。我们还证实,Holmberg IX X-1显示光谱简并与光度,并建议所观察到的差异自然解释的建议风几何的黑洞旋转轴的进动。
NuSTAR, XMM-Newton and Suzaku Observations of the Ultraluminous X-ray Source Holmberg II X-1
我们提出了第一个宽带0.3-25.0 kev的X射线观测明亮的超亮X射线源(ULX)Holmberg II X-1,由NuSTAR,XMM-Newton和朱雀在2013年9月。NuSTAR的数据提供了Holmberg II X-1在10 keV以上的首次观测,并揭示了一个非常陡峭的高能光谱,类似于NuSTAR迄今为止观测到的其他ULX。这些观测结果进一步表明,ULX表现出的光谱状态通常不会出现在银河系黑洞双星。与其它源的比较表明Holmberg II X-1的吸积率很高,甚至可能超过了Eddington吸积率,软X射线谱(E<10 keV)似乎由两个类黑体发射分量主导,其中较热的一个可能与一个吸积盘有关。然而,所有简单的磁盘模型低于预测的NuSTAR数据以上~10 keV,并需要一个额外的发射组件在最高的能量探测,这意味着NuSTAR数据不下降与维恩光谱。我们调查这样一个额外的高能量的发射组件的物理起源,并赞成的情况下,多余的康普顿散射产生的热电晕的电子与一些属性类似的非常高的状态中看到的银河双星。从这些历元中推断出观测到的0.3-25.0 keV宽波段光度为Lx =(8.1+/-0.1 e39 erg/s,这是Holmberg II X-1的典型特征,大部分通量(约90%)在10 keV以下发射。
X-ray Outflows and Super-Eddington Accretion in the Ultraluminous X-ray Source Holmberg IX X-1
对X射线连续谱发射和通量变化的研究还没有最终揭示在分布的高亮度端(Lx > 1 e40 erg/s)的超亮X射线源(ULX)的性质。这些都是特别感兴趣的,因为光度需要超级爱丁顿吸积到一个质量约10 Msun的黑洞,或更多的标准吸积到一个中等质量的黑洞。超级爱丁顿吸积模型预测了强烈的外流风,使原子吸收线成为极端ULX性质的关键诊断。为了寻找这样的功能,我们已经进行了长期的,500公里的观测活动Holmberg IX X-1与朱雀。这是迄今为止,对于明亮的孤立ULX,铁K带通中最敏感的数据集,但我们在发射或吸收中没有发现统计上显著的原子特征;任何未检测到的窄特征必须具有小于15-20 eV的等效宽度,置信度为99%。如果观察到的质量流入和流出速率之间的趋势延伸到超爱丁顿区域,这些极限远低于预期的>150 eV的线,并且事实上排除了在各种次爱丁顿黑洞中从盘风观察到的线强度。因此,我们不能通过任何实质性的物质柱来观察Holmberg IX X-1的中心区域,排除了球形超爱丁顿吸积模型。如果Holmberg IX X-1是一个超爱丁顿源,任何相关的外流必须具有各向异性的几何形状。最后,铁元素的缺乏表明这颗伴星不可能产生强风,而霍姆伯格IX X-1必须主要通过罗氏瓣溢出吸积。
Multi-wavelength spectroscopic analysis of the ULX Holmberg II X-1 and its nebula suggests the presence of a heavy black hole accreting from a B-type donor
本研究首次对ULX Holmberg II X-1进行多波段光谱分析,发现其光学/紫外辐射来自B型超巨星伴星,而非吸积盘,并推断系统包含约66倍太阳质量的黑洞,可能为引力波源前身。
The evolution of a jet ejection of the ultraluminous X-ray source Holmberg II X-1
利用欧洲VLBI观测网(EVN)、Karl G. Jansky甚大阵列(VLA),以及钱德拉和斯威夫特X射线望远镜。X射线数据显示出明显的硬谱,其稳定的X射线光度彼此相隔4个月。在高分辨率EVN射电观测中,我们探测到了一个毫角秒尺度的扩展源。该源发出非热,可能光学薄同步辐射和其形态是一致的喷射喷射。9-GHz的VLA数据显示了Holmberg II X-1的一个角秒尺度的三重结构,类似于在较低频率下看到的结构。然而,我们发现中央喷射在1.5年内至少消退了7.3倍。我们估计的动力学年龄的喷射要高于2.1年。我们表明,这种快速冷却可以用简单的绝热膨胀损失来解释。Holmberg II X-1的这些性质意味着ULX射电泡可能是由喷出物而不是自吸收的致密喷流膨胀的。
JWST reveals a highly ionized nebula powered by an ultraluminous X-ray source with a massive black hole in the metal-poor galaxy Holmberg II
Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);AURA for ESA, Space Telescope Science Institute(欧洲航天局天文研究联盟,太空望远镜科学研究所);Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam(波茨坦大学物理与天文学研究所);Sterrenkundig Observatorium, Universiteit Gent(根特大学天文台);Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)(空间科学研究所(地球物理与化学研究所,西班牙国家研究委员会));Centro de Astrobiología – Departamento de Astrofísica (CSIC-INTA)(天体生物学中心 - 天体物理学系(西班牙国家研究委员会-国家航空航天技术研究所))
本研究通过JWST光谱观测,首次在ULX Ho II X-1周围探测到[Ne V]和[Ne VI],直接证实该ULX关联低金属丰度星系中的高度电离星云,其电离由吸积黑洞驱动,电离条件呈各向异性。
Discovery of a recurrent spectral evolutionary cycle in the ultra-luminous X-ray sources Holmberg II X-1 and NGC 5204 X-1
大多数超亮X射线源(ULX)现在被认为是由以超爱丁顿速率吸积的恒星质量致密天体提供动力的。虽然演化周期的发现标志着我们对银河系黑洞双星中亚爱丁顿区吸积流变化的理解取得了突破,但它们在超爱丁顿区的证据仍然难以捉摸。然而,最近的间接证据表明,在两个原型ULX:Holmberg II X-1和NGC 5204 X-1中存在重复的进化周期。在这里,我们建立在我们以前的工作,并利用Swift-XRT的长期高节奏监测,以提供这两个来源的进化周期的证据,并调查诱导其光谱转换的主要物理参数。我们研究的长期演变的两个来源,使用硬度强度图(HID)和通过Lomb-Scargle周期图和高斯过程建模,寻找周期性的变化。我们发现,这两个源遵循经常性的演变模式,其特征在于在HID的硬超铝(HUL)和软超铝(SUL)光谱制度,和第三个国家的特点类似的超软超铝(SSUL)状态。软态之间的过渡似乎是非周期性的,正如Holmberg II X-1的光变曲线的时序分析所揭示的那样,尽管需要进一步的研究。NGC 5204 X-1的光变曲线显示周期为$\sim$ 200天,可能与进化周期的持续时间有关。我们支持的情况下,从HUL到SUL的光谱变化是由于周期性增加的传质速率和随后缩小的超临界漏斗的开口角。较窄的漏斗,加上随机变化的风印记,可以解释SUL-SSUL光谱的变化。
Spitzer Observations of MF 16 Nebula and the associated Ultraluminous X-ray Source
我们介绍了斯皮策红外光谱仪(IRS)对超亮X射线源(ULX)NGC 6946 X-1及其相关星云MF 16的观测。这个ULX与著名的Holmberg II ULX具有非常相似的性质,Holmberg II ULX是第一个显示出与活动星系核中发现的红外线[O IV]发射线相当的ULX。本文试图限制ULX光谱能量分布(SED)给定的光学/紫外光度通量和高分辨率X射线观测。具体来说,钱德拉X射线数据和公布的哈勃光学/紫外数据外推产生一个完整的光学X射线SED模型。红外线和比率的光电离建模,然后用来测试不同的吸积光谱模型。虽然辐射盘模型或O-超巨星加吸积盘模型都能很好地拟合数据,但我们更倾向于后者,因为它更好地拟合星云参数。在第二种情况下,吸积盘单独主导了极紫外和X射线发射,而O超巨星负责大部分远紫外发射。
A New Possible Accretion Scenario for Ultra-Luminous X-ray Sources
利用来自朱雀、XMM-牛顿和NuSTAR的存档数据,研究了邻近星系中9个具有代表性的超亮X射线源(ULX)。它们的X射线谱都是用多色盘发射模型加康普顿化方法再现的。然而,光谱形状的个别来源系统地改变取决于光度,并定义了三个典型的光谱状态。这些状态的不同之处在于康普顿化电子温度和最内层盘温度之间的比率,或者康普顿y参数和康普顿化盘光子分数的乘积。在八个ULX中,一个特定状态出现的光度范围被发现分散了高达16倍。通过进一步假设光谱状态由爱丁顿比唯一确定,推断样本ULX在其质量中表现出类似的散射。这给出了一个模型独立的支持解释ULX的相对大质量的黑洞。没有一个光谱显示出明显的局部结构。特别地,没有检测到Fe K壳层吸收/发射线,其中来自样品中最亮的三个的等效宽度的上限为$30-40$ eV; NGC 1313 X-1、Holmberg IX X-1和IC 342 X-1。这些性质不利于大质量伴星的普通质量吸积,并建议直接从星际介质的致密部分的邦迪-霍伊尔吸积。
Broadband X-ray spectral variability of the pulsing ULX NGC 1313 X-2
最近发现的X射线脉动和相对论风表明,超铝X射线源(ULX)主要由超爱丁顿吸积中子星或黑洞提供动力。本文对脉冲ULX NGC 1313 X-2近二十年的光谱演化进行了跟踪研究,以了解吸积盘的结构。其主要目的是通过研究它们随光源光度变化的变化来确定主要光谱成分的形状和性质。我们已经进行了光谱分析的所有高信号噪声XMM-牛顿观测的典型的0.3-10千电子伏的能量带,我们已经测试了一些不同的光谱模型,这应该近似超爱丁顿吸积盘。基线模型由两个具有不同温度的热黑体组件加上指数截止幂律组成。特别是,更热和更亮的热分量描述了来自超爱丁顿内盘的发射和截止幂律的贡献,从中子星的吸积柱。相反,较冷的分量描述了来自接近球化半径的圆盘外部区域的发射和风。冷分量的亮度-温度关系遵循负趋势,这与L $\propto$ T $^4$不一致,正如预期从亚爱丁顿薄盘的Shakura-Sunayev,也与L $\propto$ T $^2$,预期对流为主的光盘,但会同意与风为主的X射线发射区。相反,较热分量的(L,T)关系介于前两种理论情景之间。我们的研究结果同意超级爱丁顿的情况下,并提供进一步的细节光盘结构。源光谱演化在性质上类似于在NGC 1313 X-1和Holmberg IX X-1中看到的。
Probing spectral variability in NGC 4490 ULX-8 over 24 years of XMM-Newton, Chandra and Swift-XRT observations
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali(印度科学教育研究所);University of Southampton(南安普顿大学);Indian Institute of Astrophysics(印度天体物理研究所);Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics(大学间天文学与天体物理学中心);Raman Research Institute(拉曼研究所)