大质量X射线双星的伴星星风及辐射

High mass X-ray binaries (HMXB) are predecessors of double compact stars. Currently the clumpiness of stellar winds from massive stars are a critical uncertainty of estimating their mass loss rate. HMXB are an idal laboratory of studying the properties of massive stellar winds. We found that the clumpiness of stellar winds affects significantly their scattered X-ray spectrum. Therefore, we propose to measure quantitatively the clumpiness of stellar winds with their scattered X-ray spectrum of HMXB. This new original method needs to constrain the intrinsic and scattered spectra accurately. The large area and wide-band capability of HXMT just fulfills this requirement. People have not found the time delay between the Fe Ka line and X-ray continuum, and do not know where their Fe Ka line originates. The mili-second time resolution of HXMT is a special advantage to measure the Fe Ka delay. HXMT is also helpful to find the pulsating Fe Ka line, a new phenomina we discovered recently. These studies will provide key clues to the evolution of massive stars and the X-ray emission of HMXB.

大质量X射线双星是双致密星系统的前身，处于大质量恒星-致密星到致密星-致密星的过渡阶段。目前大质量恒星星风的团块性质是影响星风外流率估计的关键不确定因素。大质量X射线双星是研究大质量恒星星风的理想实验室。我们发现不同团块状的星风会产生不一样的X射线散射谱，因此可以通过大质量X射线双星星风的X射线散射谱测量星风团块性质。这个新方法需要从观测上准确限制X射线双星的内秉谱和星风散射谱，慧眼望远镜的宽波段高统计性观测能力正好满足这一需求。由于时间分辨率的限制，人们以前没有发现X射线双星的铁线和连续谱有明显的时延，因而铁线的产生区域并不清楚。慧眼望远镜的毫秒级时间分辨率对铁线时延的测量有特别的优势。我们将利用慧眼数据系统搜寻我们最近发现的脉动铁线现象的更多事例。这些研究将对大质量恒星的演化和X射线双星的辐射机制提供关键线索。

大质量X射线双星存在许多的未解谜题，包括其伴星的星风性质与中子星的吸积与辐射，是慧眼望远镜的核心科学目标。我们选取了典型的大质量X射线双星GX 301-2以及银河系首颗ULXP Swift J0243作为主要研究对象，它们都有非常密集的慧眼望远镜的观测数据。我们对比了GX 301-2在自旋频率上升期与非上升期的情况，发现自旋上升期为盘吸积模式，其脉冲轮廓和能谱明显不同于风吸积模式。我们发现Swift J0243的脉冲轮廓在高光度时相对低光度时有0.25相位的移动，表明其辐射模式改变了90度，与低光度笔尖模式、高光度扇模式的理论图景一致。在暴发上升期间，其脉冲轮廓的次峰变得饱和，自旋变化率--光度关系在高光度时也变平许多，表明高光度时角动量的转移不再有效，很可能是吸积柱对吸积盘的照射改变了吸积盘的结构，使得吸积盘变厚造成的。我们也研究了其它的源，包括小麦哲伦云的两颗ULXP (SMC X-3 and RX J0209)和Vela X-1。这些研究结果增进了我们对大质量X射线双星的吸积与辐射过程的理解，为未来的X射线观测任务提供了一些可以突破的线索与方向。