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초연엑스선원

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목차

1. 개요

초연 X선원(SSXS)은 수십 eV의 흑체 온도와 1038 erg/s 미만의 전볼로미터 발광도를 특징으로 하는 천체이다. 발광 SSXS는 낮은 등가 흑체 온도와 1036에서 1038 erg/s 범위의 발광도를 가질 수 있으며, 우리 은하와 안드로메다 은하와 같은 나선 은하에서 발견된다. SSXS는 백색 왜성에 강착되는 항성 표면 핵융합으로 엄청난 연 X선 플럭스를 생성하며, 공생 쌍성, 격변 변광성, 자기 격변 변광성, PG 1159 별, 신성, 행성상 성운, 초연성 활동 은하핵 등 다양한 유형으로 분류된다.

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초연엑스선원
특징
유형항성
방출엑스선
파장0.09 ~ 2.5 keV (5 ~ 140 옹스트롬)
발견
발견 시기1990년대 초
발견 도구ROSAT
이론

2. 초연 X선원의 종류 및 특징

초연 X선원은 그 특징에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다.


  • 발광 초연 X선원 (Luminous Supersoft X-ray Sources): 수십 eV의 흑체 온도와 /s 정도의 발광도를 가진다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 우리 은하 내 초연 X선원 (Milky Way SSXSs): 우리 은하 내에서 발견되는 초연 X선원이다. MR 돛자리가 대표적인 예시이다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 근접 쌍성 초연 X선원 (Close-binary supersoft source, CBSS): 백색왜성에 강착되는 항성 표면 핵융합으로 연 X선을 방출한다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 공생 쌍성 (Symbiotic binary): 적색 거성과 뜨거운 별(주로 백색 왜성)로 이루어진 쌍성계이다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 비상호작용 백색왜성 (Noninteracting white dwarfs): KPD 0005+5106과 같이 매우 뜨거운 백색 왜성이다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 격변 변광성 (Cataclysmic variables, CV): 백색 왜성과 적색 왜성으로 구성된 근접 쌍성계로, 물질 전달과 핵융합으로 X선을 방출한다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.
  • V 궁수자리 (V Sagittae): 유일한 SSXS 비자성 격변 변광성으로 알려져 있다.
  • VY Scl형 격변 변광성 (VY Scl cataclysmic variables): V751 Cyg 등이 여기에 속한다.
  • 자기 격변 변광성 (Magnetic cataclysmic variables): 강착으로 인해 코로나 가스가 공급되어 X선을 방출한다.
  • PG 1159 별 (PG 1159 stars): 매우 뜨겁고 맥동하는 백색 왜성의 한 종류이다.

  • 신성 (Nova): GQ Mus, V1974 Cyg, 신성 LMC 1995 등이 초연 X선원으로 관측되었다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 행성상 성운 (Planetary nebula): 소마젤란은하의 1E 0056.8-7154와 같이 행성상 성운과 관련된 백색 왜성도 초연 X선원일 수 있다. 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고한다.

  • 초연성 활동 은하핵 (Super soft active galactic nuclei): 최대 /s의 광도를 갖는다.

2. 1. 발광 초연 X선원 (Luminous Supersoft X-ray Sources)

발광 초연 X선원은 수십 eV(약 20–100 eV)[5]의 특징적인 흑체 온도와 약 10E (약 3E 미만)의 전볼로미터 발광도를 갖는다.[6][5]

명백히, 발광 SSXS는 ~15 eV만큼 낮은 등가 흑체 온도와 10E에서 100E 범위의 발광도를 가질 수 있다.[7] 은하수와 안드로메다 은하와 같은 일반적인 나선 은하의 원반에 있는 발광 SSS의 수는 대략 103 정도로 추정된다.[7]

2. 2. 우리 은하 내 초연 X선원 (Milky Way SSXSs)

우리 은하와 구상 성단 M3에서 초연엑스선원(SSXS)이 발견되었다.[6] MR 돛자리(RX J0925.7-4758)는 우리 은하의 희귀한 초연 X선 이중성 중 하나이다.[8] 이 천체는 성간 물질에 의해 심하게 적색화되어 청색 및 자외선 영역에서 관측하기 어렵다.[9] MR 돛자리의 주기는 약 4.03일로, 일반적인 초연성 시스템의 주기(하루 미만)보다 훨씬 길다.[9]

2. 3. 근접 쌍성 초연 X선원 (Close-binary supersoft source, CBSS)

CBSS 모델은 엄청난 연엑스선 플럭스를 생성하는 발전기로서 백색왜성(WD)에 강착되는 항성 표면 핵융합을 안정적으로 발생시킨다.[8] 1999년 기준으로, 8개의 SSXS는 ~4시간에서 1.35일까지의 공전 주기를 가진다.[8]

천체명위치
RX J0019.8+2156은하계
RX J0439.8-6809대마젤란 은하 근처 은하계 헤일로
RX J0513.9-6951대마젤란 은하
RX J0527.8-6954대마젤란 은하
RX J0537.7-7034대마젤란 은하
CAL 83대마젤란 은하
CAL 87대마젤란 은하
1E 0035.4-7230소마젤란 은하


2. 4. 공생 쌍성 (Symbiotic binary)

변광성의 일종으로, 적색 거성이 외부 껍질을 팽창시켜 질량을 빠르게 항성풍 형태로 잃고 있으며, 다른 뜨거운 별 (종종 백색 왜성)이 가스를 이온화하는 쌍성계이다.[10] 1999년 기준으로 AG Dra (BB, MW), RR Tel (WD, MW), RX J0048.4-7332 (WD, SMC) 세 개의 공생 쌍성 SSXS가 있다.[8]

2. 5. 비상호작용 백색왜성 (Noninteracting white dwarfs)

KPD 0005+5106은 온도가 약 100,000K에 달하는, 가장 젊고 뜨거운 백색 왜성 중 하나이다. 이 별은 DO형 백색 왜성이며, ROSAT를 통해 X선원으로 기록된 최초의 단일 백색 왜성이다.[11][12]

2. 6. 격변 변광성 (Cataclysmic variables, CV)

격변 변광성(Cataclysmic variables, CV)은 백색 왜성과 적색 왜성으로 구성된 근접 쌍성계로, 로슈엽 오버플로를 통해 물질을 전달한다.[13] 융합 및 강착으로 작동하는 격변 변광성은 모두 X선원으로 관측되었다.[14] 강착 원반은 불안정성을 겪기 쉬워 왜성 신성 폭발을 일으킬 수 있다. 백색 왜성으로 떨어진 원반 물질의 일부는 축적된 수소층 하단의 밀도와 온도가 충분히 높아져 핵융합 반응을 일으키고, 수소층이 헬륨으로 빠르게 연소되는 격변 폭발을 유발한다.

V 궁수자리와 V751 Cyg에 대한 자세한 내용은 하위 문단을 참고.

2. 6. 1. V 궁수자리 (V Sagittae)

V 궁수자리는 아마도 유일한 초연엑스선원(SSXS) 비자성 격변 변광성이다. 볼로미터 광도는 (1–10) x 1037이며, 80 eV 미만의 흑체(BB) 강착체와 0.514195 일의 공전 주기를 포함하는 쌍성이다.[8]

강착 원반은 질량 전달률(Ṁ)이 높은 시스템에서 열적으로 안정될 수 있다.[13] 이러한 시스템은 왜성 신성의 특징적인 폭발이 없기 때문에 신성 유사(NL) 별이라고 불린다.[15]

2. 6. 2. VY Scl형 격변 변광성 (VY Scl cataclysmic variables)

NL 별들 중에는 2차 구성원으로부터의 Ṁ의 일시적인 감소 또는 중단을 보이는 작은 그룹이 있는데, 이를 VY Scl형 별 또는 반왜성 신성이라고 한다.[16]

V751 Cyg (BB, MW)는 VY Scl형 격변광성(CV)으로, 볼로미터 광도는 6.5 x 1036 erg/s이며, 휴지기 상태에서 연 X선을 방출한다.[17] V751 Cyg의 약한 연 X선원의 최소 강도 발견은 일반적으로 휴지기 상태에서 약한 경 X선 방출을 보이는 CV와는 다른 특성으로, 난제를 제시한다.[17]

높은 광도 (6.5 x 1036 erg/s)는 일반적으로 VY Scl형 별의 맥락에서 이해하기 어렵다. 왜냐하면 관측에 따르면 쌍성계가 휴지기 상태에서는 단순한 적색 왜성 + 백색 왜성 쌍으로 변하기 때문이다(원반이 대부분 사라짐).[17] "연 X선에서 높은 광도는 스펙트럼이 왜 적절한 여기 상태를 보이는지에 대한 추가적인 문제를 제기한다."[17] He II λ4686/Hβ의 비율은 2001년까지 기록된 어떤 스펙트럼에서도 ~0.5를 초과하지 않았는데, 이는 강착(accretion)으로 구동되는 CV의 전형적인 특징이며 초연성 쌍성(CBSS)에서 흔히 관찰되는 2의 비율에는 미치지 못한다.[17]

허용 가능한 X선 적합성을 낮은 광도 쪽으로 밀어붙이면, 광도가 ~2 x 1033 ergs/s를 초과해서는 안 된다는 것을 시사하며, 이는 백색 왜성에서 재처리된 빛의 양이 ~4 x 1031 ergs/s 정도가 되어 이차 구성원의 예상 핵 광도와 거의 같아진다.[17]

2. 7. 자기 격변 변광성 (Magnetic cataclysmic variables)

자기 격변 변광성에서 나오는 X선은 흔하며, 이는 강착이 코로나 가스의 지속적인 공급을 제공하기 때문이다.[25] 이 시스템의 수와 궤도 주기를 비교한 그래프에서는 2~3시간 사이의 주기에서 통계적으로 유의미한 최솟값이 나타난다. 이는 동반성이 완전히 대류를 하게 되고, 일반적인 다이너모(대류 외피 기저부에서 작동)가 더 이상 동반성에 각운동량을 제거할 자기 바람을 제공할 수 없을 때 자기 제동의 효과로 이해할 수 있다.[25] 회전은 행성상 성운과 바람의 비대칭적인 분출에 기인하며,[18] 자기장은 현장 다이너모에 기인한다.[19] 궤도 주기와 회전 주기는 강하게 자화된 백색 왜성에서 동기화된다.[25] 감지 가능한 자기장이 없는 경우에는 절대 동기화되지 않는다.

11,000~15,000 K 범위의 온도를 가진 가장 극심한 자기장을 가진 모든 백색 왜성은 EUV/X선원으로는 감지될 수 없을 정도로 너무 차갑다. 예를 들어 Grw +70°8247, LB 11146, SBS 1349+5434, PG 1031+234 및 GD 229가 있다.[20]

대부분의 고도로 자기화된 백색 왜성은 고립된 천체로 보이지만, G 23–46 (7.4 MG)과 LB 1116 (670 MG)은 분해되지 않은 쌍성계에 있다.[21]

RE J0317-853은 49,250 K로 가장 뜨거운 자기 백색 왜성이며, ~340 MG의 매우 강한 자기장과 725.4 s의 회전 주기를 가지고 있다.[21] 0.1~0.4 keV 사이에서 RE J0317-853은 ROSAT에 의해 감지되었지만, 0.4~2.4 keV의 고에너지 대역에서는 감지되지 않았다. RE J0317-853은 LB 9802 (또한 푸른 백색 왜성)에서 16초각 떨어진 푸른 별과 관련되어 있지만, 물리적으로는 연관되어 있지 않다.[21] 중심화된 쌍극자 자기장은 관측을 재현할 수 없지만, 남극에서 664 MG, 북극에서 197 MG의 편심 쌍극자 자기장은 가능하다.[21]

1995년까지 PG 1658+441만이 30,000 K 이상의 유효 온도를 가지고 있었다.[21] 이의 극 자기장 강도는 단지 3 MG이다.[21]

ROSAT 광시야 카메라 (WFC) 소스 RE J0616-649는 ~20 MG 자기장을 가지고 있다.[22]

PG 1031+234는 ~200 MG에서 거의 1000 MG까지의 표면 자기장을 가지고 있으며 3시간24분의 주기로 회전한다.[23]

CV의 자기장은 좁은 강도 범위에 제한되어 있으며, RX J1938.4-4623의 경우 최대 7080 MG이다.[24]

단일 자기 별 중 1999년까지 X선원으로 관측된 것은 없지만, 자기장은 주계열성에서 코로나 유지와 직접적인 관련이 있다.[25]

2. 7. 1. PG 1159 별 (PG 1159 stars)

PG 1159 별은 대기가 탄소와 산소로 지배적인 PG 1159를 프로토타입으로 하는 매우 뜨겁고 종종 맥동하는 백색 왜성의 한 부류이다.[25]

PG 1159 별은 ~1038 erg/s의 광도를 가지지만, 상당히 뚜렷한 부류를 형성한다.[26] RX J0122.9-7521은 은하 PG 1159 별로 확인되었다.[27][28]

2. 8. 신성 (Nova)

볼로미터 발광도가 ~1038 erg/s인 세 개의 초연엑스선원(SSXS)인 신성은 GQ 머스케(BB, MW), V1974 시그니(WD, MW), 그리고 신성 LMC 1995(WD)이다.[8] 1999년 당시 신성 LMC 1995가 쌍성이었을 경우 궤도 주기는 알려지지 않았다.

1999년까지 재발성 신성인 U 스콜피오는 ROSAT에 의해 관측되지 않았으며, WD(74–76 eV)이고, Lbol ~ (8–60) x 1036 erg/s이며, 궤도 주기는 1.2306일이다.[8]

2. 9. 행성상 성운 (Planetary nebula)

소마젤란은하(SMC)에 위치한 1E 0056.8-7154는 2 x 1037 erg/s의 복사광도를 가진 백색 왜성이며, 이 백색 왜성과 관련된 행성상 성운이 존재한다.[8]

2. 10. 초연성 활동 은하핵 (Super soft active galactic nuclei)

초연X선원은 최대 /s의 광도를 갖는다.[8]

3. 대진폭 분출 (Large amplitude outbursts)

초연 X선 방출의 대진폭 분출은 조석 파괴 현상으로 해석되어 왔다.[29]

참조

[1] 웹사이트 Supersoft X-Ray Sources http://library.think[...]
[2] 웹사이트 Super Soft X-ray Sources - Discovered with ROSAT http://www.mpe.mpg.d[...]
[3] 웹사이트 Proceedings of the Workshop on Supersoft X-ray Sources http://www.mpe.mpg.d[...]
[4] 웹사이트 Catalog of Supersoft X-ray Sources http://www.aip.de/~j[...]
[5] 논문 Supersoft X-ray sources 2006-12
[6] 논문 RX J0045.4+4154: A Recurrent Supersoft X-ray Transient in M31 http://lheawww.gsfc.[...] 1995
[7] 논문 Luminous Supersoft X-Ray Sources https://pure.uva.nl/[...] 1997
[8] 논문 Catalog of supersoft X-ray sources http://www.mpe.mpg.d[...] 2000
[9] 논문 Synoptic Observations of the Supersoft Binary MR Velorum (RX J0925.7-4758): Determination of the Orbital Period http://www.iop.org/E[...] 2001-09
[10] 웹사이트 David Darling site symbiotic star description http://www.daviddarl[...]
[11] 논문 Detection of the First Coronal X-Ray Source about a White Dwarf 1993-10
[12] 논문 Spectral analysis of the hottest known helium-rich white dwarf: KPD 0005+5106 1994
[13] 논문 Photometric Study of KR Aurigae during the High State in 2001 http://pasj.asj.or.j[...] 2002-12
[14] 웹사이트 Introduction to Cataclysmic Variables (CVs) http://heasarc.gsfc.[...]
[15] 논문 Dwarf-Nova Outbursts 1996
[16] 서적 Cataclysmic Variable Stars Cambridge University Press 1995
[17] 논문 Superhumps in Cataclysmic Binaries. XX. V751 Cygni 2001-01
[18] 논문 Origin of the rotation rates of single white dwarfs 1998
[19] 논문 Upper Limits for Magnetic Fields on Pulsating White Dwarfs 1997
[20] 논문 A Search for Magnetic Fields among DA White Dwarfs 1995
[21] 논문 RE J0317-853: the hottest known highly magnetic DA white dwarf 1995
[22] 논문 RE J0317-853: the hottest known highly magnetic DA white dwarf 1995-12
[23] 논문 The rotationally modulated Zeeman spectrum at nearly 10 to the 9th Gauss of the white dwarf PG 1031 + 234 1987
[24] 논문 Two-pole accretion in the high-field polar RXJ 1938.6-4612 1995
[25] 논문 White dwarfs in the 1990s 1999
[26] 서적 White Dwarfs Springer 1995
[27] 논문 X-Ray Discovery of a Hot PG1159 Star, RX J0122.9-7521 1995
[28] 서적 Supersoft X-Ray Sources 1996
[29] 논문 Discovery of a giant and luminous X-ray outburst from the optically inactive galaxy pair RX J1242.6-1119 1999
[30] 웹인용 Supersoft X-Ray Sources http://library.think[...] 2012-10-26
[31] 저널 RX J0045.4+4154: A Recurrent Supersoft X-ray Transient in M31 http://lheawww.gsfc.[...] 2012-10-26
[32] 저널 http://www.sciencedi[...]
[33] 웹인용 Super Soft X-ray Sources - Discovered with ROSAT http://www.mpe.mpg.d[...]
[34] 저널 http://www.mpe.mpg.d[...]
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[36] 웹인용 Catalog of Supersoft X-ray Sources http://www.aip.de/~j[...] 2012-10-26


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