24.12.2008HEA-2008 Природа 35-дневного цикла Her X-1 и его новые наблюдения на RXTE и ИНТЕГРАЛ Н.И. ШАКУРА (ГАИШ МГУ) R. Staubert, D. Klochkov (IAAT), - презентация

1 HEA-2008 Природа 35-дневного цикла Her X-1 и его новые наблюдения на RXTE и ИНТЕГРАЛ Н.И. ШАКУРА (ГАИШ МГУ) R. Staubert, D. Klochkov (IAAT), K.Постнов, А. Кочеткова (ГАИШ)

2 HEA-2008 Her X-1/HZ Her

3 HEA-2008

4 HEA-2008 Открытие UHURU Один из первых аккрецирующих рентгеновских пульсаров (P=1.24 s) Сложный вид рентгеновской кривой блеска: Затмения (орбитальный период 1.7 d) Дипы (предзатменные, аномальные) и задержки выхода из затмения Долговременная переменность (35д ~ 20.5 орбитальных оборота) Включения на орбитальных фазах ~0.25 и ~0.75 Giacconi et al. 1973

5 HEA-2008 История наблюдений Наблюдался с баллонов (Truemper et al., октрытие циклотронной линии) и со многих рентгеновских обсерваторий Integral 2002-

6 HEA-2008 Средняя кривая блеска RXTE ASM Для циклов с открытием на фазе 0.25 на фазе 0.75 Main-onShort-on Shakura et al. 1999

7 HEA-2008 Квази-стабильность 35-дневного цикла Моменты начала циклов определяются открытием источника прецессирующим наклонным аккреционным диском

8 HEA-2008 Природа 35-дневного цикла Рентгеновские включения обусловлены выходом НЗ из затмения наклонным прецессирующим аккреционным диском (Boynton 1978). Нутация диска преимущественные включения на орбитальных фазах 0.25 и 0.75 Долговременная стабильность 35-д цикла удивительна для диска, прецессирующего под действием приливных сил необходимость синхронизирующего механизма Свободная прецессия НЗ как задающий механизм 35-д цикла (Brecher 1972). Указания на свободную прецессию были получены Truemper et al (1986) из анализа пременности профилей рентгеновских импульсов по данным EXOSAT и RXTE (Staubert et al 2008)

9 HEA-2008 RXTE profiles Staubert et al. 2008, AA in press EXOSAT profiles Truemper et al. 1986

10 HEA-2008 Схема двухосной прецессии Rotation Precession Observer P prec P І/ Δ I N

11 HEA-2008 Эволюция профилей рентгеновских импульсов в течение 35-д цикла UHURU profiles (Joss et al. 1978)

12 HEA-2008 EXOSAT 1976 (Truemper et al) GINGA 1989 (Scott & Leahy)

13 HEA-2008 RXTE 1997 (turn-on of #269) Kuster et al. (9-14 keV) 9-14 keV

14 HEA-2008 RXTE # keV (Staubert et al.)

15 HEA-2008 Параметры модели: геометрия S i = - 3° Смещенный магнитный диполь Θ pr =55 ° Особенности: Смещенный диполь S полюс вблизи оси прецесии (оси симметрии НЗ) Θ d =30 ° N

16 HEA-2008 Параметры модели: излучающие области Два магнитных полюса (N и S) смещенного диполя + подковообразные структуры вокруг полюсов Узкая карандашная диаграмма излучения (полуширина Δθ~13-15 градусов)

17 HEA-2008 GINGA (#181) и RXTE (#269)

18 HEA-2008 Φ 35 =0.05 φ NS =-248

19 HEA-2008 Φ 35 =0.084 φ NS =-236

20 HEA-2008 Φ 35 =0.134 φ NS =-218

21 HEA-2008 Φ 35 =0.175 φ NS =-204

22 HEA-2008 Φ 35 =0.05(G) φ NS =-194

23 HEA-2008 Φ 35 =0.162(G) φ NS =-154

24 HEA-2008 Φ 35 =0.216(G) φ NS =-135

25 HEA-2008 Φ 35 =0.59(G) φ NS = 0

26 HEA-2008 Φ 35 =0.613(G) φ NS = 8

27 HEA-2008 Φ 35 =0.641(G) φ NS = 18

28 HEA-2008 RXTE #303

29 HEA-2008 φ NS =

30 HEA-2008 φ NS =

31 HEA-2008 φ NS =

32 HEA-2008 φ NS =

33 HEA φ NS =-147

34 HEA φ NS =-140

35 HEA φ NS =-132

36 HEA φ NS =-124

37 HEA-2008 Такая картина аккреции подтверждена численными 3D-MHD расчетами Romanova et al MNRAS аккреции на НЗ со сложной структурой магнитного поля вблизи поверхности Диполь+соосный квадруполь

38 HEA-2008 Как синхронизовать прецессинное движение диска с прецессией НЗ? Наклонный, изогнутый диск тень сложной формы Потоки вещества из прогретой области в направлении непрогретой струи, выходящие из орбитальной плоскости Модуляция области прогрева оптической компоненты с фазой прецессии НЗ привязка вынужденной прецессии диска к периоду свободной прецессии Схема работает при близких периодах свободной прецессии НЗ и вынужденной прецессии диска

39 HEA-2008 Струи, выходящие из орбитальной плоскости, являются причиной рентгеновских дипов (Ketsaris et al. 2001) Струи нет, когда точка L1 находится в области тени от диска

40 HEA-2008 E c ~37 keV B~3x10 12 G

41 HEA-2008 Циклотронная линия в Her X-1 Была замечена переменность среднего положения линии (Gruber et al. 2001) Положение линии при одновременных наблюдениях с INTEGRALа и RXTE совпадают RXTE

42 HEA-2008 Наиболее полный однородный ряд данных получен с RXTE ( ) Неожиданный результат: положение линии прямо коррелирует с рентгеновским потоком – ΔE c / E c ~5% при ΔL/L~1

43 HEA-2008 У ярких рентгеновских пульсаров наблюдается обратная корреляция E cycl ~1/L x (Mikhara et al 1998, Tsygankov et al. 2006) Объясняется в модели радиационно- доминированной аккреционной колонки (Basko & Sunyaev 1976) При уменьшении темпа аккреции роль давления излучения падает перестройка аккреционной колонки

44 HEA-2008 Tsygankov et al Nakajima et al Перестройка колонки наблюдается у 4U

45 HEA-2008 …и у других рентгеновских пульсаров: Terada et al Klochkov et al Her X-1 INTEGRAL RXTE PCA

46 HEA-2008 Структура колонки зависит от критического темпа акрреции При L

47 HEA-2008 Вариации положения циклотронной линии с фазой импульса по данным ИНТЕГРАЛ

48 HEA-2008 Заключение Свободная прецессия НЗ как задающий механизм 35-д переменности подтверждена анализом эволюции профилей рентгеновских импульсов с фазой 35-д цикла (RXTE, INTEGRAL)Свободная прецессия НЗ как задающий механизм 35-д переменности подтверждена анализом эволюции профилей рентгеновских импульсов с фазой 35-д цикла (RXTE, INTEGRAL) Магнитное поле вблизи поверхности НЗ имеет недипольную структуруМагнитное поле вблизи поверхности НЗ имеет недипольную структуру Синхронизация прецессионного движения аккреционного диска с периодом свободной прецессии НЗ осуществляется струями, выходящими из орбитальной плоскости двойной системы Синхронизация прецессионного движения аккреционного диска с периодом свободной прецессии НЗ осуществляется струями, выходящими из орбитальной плоскости двойной системы Изменение положения гиролинии по фазе импульса подтверждает сложную структуру магнитного поля вблизи поверхности НЗ (INTEGRAL)Изменение положения гиролинии по фазе импульса подтверждает сложную структуру магнитного поля вблизи поверхности НЗ (INTEGRAL) Обнаружена положительная корреляция среднего по импульсу положения гиролинии с рентгеновской светимостью (RXTE, INTEGRAL, Suzaku).Обнаружена положительная корреляция среднего по импульсу положения гиролинии с рентгеновской светимостью (RXTE, INTEGRAL, Suzaku). Для количественного объяснения относительного изменения положения гиролинии со светимостью требуется большая длина торможения падающего вещества вблизи поверхности НЗ (Кулоновское торможение с учетом влияния продольного магнитного поля)Для количественного объяснения относительного изменения положения гиролинии со светимостью требуется большая длина торможения падающего вещества вблизи поверхности НЗ (Кулоновское торможение с учетом влияния продольного магнитного поля)