在EXO 0748–676重新激活期间的高倾角吸积过程：日食计时、爆发行为以及康普顿化连续谱

《Journal of High Energy Astrophysics》：High-Inclination Accretion in EXO 0748–676 During Reactivation: Eclipse Timing, Burst Behaviour, and a Comptonized Continuum

NuSTAR观测发现EXO 0748-676在2024年6月17日出现Type I爆发及五个完整蚀变，揭示分层吸积盘结构及硬态辐射特性，距离估算为7-9千秒差距。

　　

Nirpat Subba

库奇贝哈尔潘查南巴尔马大学，西孟加拉邦库奇贝哈尔，736101，印度

摘要

我们展示了使用NuSTAR（3–79 keV）对食双中子星LMXB EXO 0748 - 676的观测结果，观测时间为2024年6月17日（62.65 ks）。光变曲线显示了五次完整的日食事件和一次Type I类型的爆发，发生在MJD 60478.2781。这次爆发的上升阶段非常快（< 5秒），衰减时间约为1分钟，峰值通量为

$5.8\times {10}^{?9}$ 秒，且没有光球层半径的膨胀现象，这表明这是一个亚爱丁顿事件，并将距离上限确定为约7–9千帕斯卡（kpc）。所有波段的日食都是完全的，且能量依赖性明显：在3–7 keV波段的进入和退出阶段持续时间较长，而在12 keV以上波段则更为尖锐，这表明存在分层吸收体。对持续辐射的光谱拟合排除了爆发和日食的影响，采用了双层吸收模型tbabs*tbpcf，并结合了物理上合理的连续谱模型。模型（(bbodyrad+comptt)和(bbodyrad+nthcomp)的拟合效果非常好（${\chi }_2^{}\approx 0.99$–1.04），这需要一个软黑体（kT_bb约为1.1–2.4 keV）以及一个康普顿化尾部，该尾部要么温度较低且光学厚度较大（kT_e约为2.8 keV，τ约为16），要么温度较高但厚度较小（Γ约为1.78，kT_e约为30 keV）。局部部分的遮挡非常强。未吸收的3–79 keV通量为 $～4.24\times {10}^{}$ erg/cm。我们没有发现统计学上显著的反射特征。这些结果表明该源处于硬状态，并首次提供了硬波段（> 12 keV）日食的约束，可以清晰地区分几何遮蔽和吸收效应，支持其拥有一个扩展的、电离的环星环境，这与吸积盘日冕的特征相符。

引言

EXO 0748–676是一颗著名的低质量X射线双星（LMXB）系统中的中子星，由于其频繁且多样的热核（Type I）X射线爆发而备受关注。该天体由欧洲X射线天文台卫星（EXOSAT）于1985年2月首次发现（Parmar等人，1986年），其光学对应体UY Vol也在随后不久被识别出来（Wade等人，1985年）。该系统以规律的Type I X射线爆发为特征，这些爆发是由于中子星表面吸积氢和氦物质而产生的热核爆炸。此外，它还表现出由持续吸积过程驱动的X射线辐射（Gottwald等人，1987年）。这些现象为研究极端条件下的物质行为提供了重要线索。

EXO 0748–676在1985年至2008年间一直处于活跃的爆发状态，被归类为准持续瞬变源。它是一个高倾角（i约为75°）的LMXB天体，每3.82小时会经历一次X射线日食，这是由于其中子星被其质量约为0.4太阳质量的伴星遮挡所致（Knight等人，2022年；Parmar等人，1986年；Wade等人，1985年）。日食前的强度下降被认为是由扭曲的吸积盘造成的（Parmar等人，1986年；Trigo等人，2006年）。在其长期的爆发期间，该系统发生了数百次热核爆发，其中包括仅间隔几十秒的短周期爆发“三元组”（Boirin等人，2007年）。这些爆发证实了该天体是中等质量的中子星。后来还探测到了552 Hz的爆发振荡，确定了中子星的自转频率（Galloway等人，2010年）。EXO 0748–676在爆发期间的持续X射线光谱通常包含一个类似热黑体的成分——来自中子星表面或内部吸积盘——以及一个硬康普顿化尾部。光谱受到强烈的内在吸收影响，等效的氢柱密度约为 ${?}^{}$ cm²（Cheng等人，2017年；Degenaar等人，2011年；Trigo等人，2006年）。在2008年末，该源进入了一个长期的X射线宁静期（Degenaar等人，2011年；Knight等人，2025年；Leahy，1991年）。在宁静期结束后，其外壳被观察到迅速冷却，这与长时间吸积后中子星外壳的冷却过程一致（Cheng等人，2017年；Degenaar等人，2011年）。鉴于第一次爆发的持续时间异常长，一些模型预测EXO 0748–676可能在下次吸积事件之前保持宁静状态数十年（可能长达约100年（Degenaar等人，2011年）。然而，令人惊讶的是，EXO 0748–676在2024年6月10日重新活跃起来，距离上次宁静状态仅约16年。2024年的重新激活并未发展成典型的软状态；相反，它似乎仍处于硬状态/部分遮挡状态（即“失败的”软爆发），这与第4.3节讨论的光谱行为一致。重新激活最初是通过光学亮度增加被发现的（Baglio等人，2024年；Rhodes等人，2024年），随后Swift-BAT在2024年6月10日探测到一次明亮的熱核爆发（Kuulkers，2024年），表明中子星上的吸积过程已经恢复。这种比预期更早的重新激活为研究该天体的行为提供了宝贵的机会，并允许将其与历史观测结果进行比较。

特别是，EXO 0748–676的日食和爆发现象可以揭示双星系统的几何结构和吸积环境。能量依赖性的日食轮廓可以揭示诸如伴星产生的电离包层或风等扩展结构（Knight等人，2022年）。该研究推断伴星存在被烧蚀的物质（电离的“大气”或风），以解释在软X射线波段日食进入和退出阶段的持续时间较长现象，并发现如果伴星的径向速度与宁静状态时测量的一致，那么中子星的质量可能非常大（M_{NS约为2M⊙）。此外，有观点认为EXO 0748–676可能正在向毫秒脉冲星双星系统（“红背”或“黑寡妇”系统）转变（Knight等人，2023年），这是基于伴星被烧蚀的证据。这次重新激活提供了通过在更高X射线能量下观察日食特征并与早期低能量观测结果（例如XMM-Newton）进行比较的机会。}

EXO 0748 - 676在10 keV以下波段表现出强烈的能量依赖性日食现象，这通常归因于伴星周围的扩展电离物质（Bonnet-Bidaud等人，2001年；Church等人，1998年；Knight等人，2022年；Parmar等人，1986年）。我们的NuSTAR数据将日食追踪扩展到了硬波段（> 12 keV，约30 keV），在该波段光电吸收较弱，从而可以更清晰地区分几何遮蔽和吸收效应。这种宽带视图提供了对中心康普顿化区域大小和光学深度的独立了解，同时有助于在重新亮化初期进行准确的连续谱拟合（高能量截止和康普顿化参数得到限制，同时考虑了部分遮挡效应）。

热核（Type I）爆发也从这一视角中受益。历史上，EXO 0748 - 676经常产生强度变化较大的爆发，但PRE事件较为罕见（Boirin等人，2007年；Gottwald等人，1987年；Wolff等人，2005年）；爆发的特性取决于吸积率和燃料组成（Strohmayer和Bildsten，2003年）。先前的峰值通量分析将该天体的距离估计为约7–9千帕斯卡（kpc），并且该高倾角系统的倾角和各向异性偏差对结果有影响（Galloway等人，2008a；Galloway等人，2008b；?zel，2006年；Zhang等人，2011年）。在这个框架内，我们利用新的爆发数据及其峰值通量（结合宽带光谱约束）来检测与过去爆发的变化，并在考虑已知几何偏差的情况下修正距离估计。

在本文中，我们报告了NuSTAR对EXO 0748–676在2024年爆发期间的观测结果。第2节描述了观测过程和数据还原方法。第3节展示了我们的发现：检测到的热核爆发的时间和光谱特性、日食时间轮廓随能量的变化，以及持续辐射的时平均X射线光谱。第4节讨论了我们的发现的意义，将其与以往的研究结果进行比较，并提供了该天体长期演化的背景信息。最后，第5节提供了数据可用性信息、致谢和参考文献列表。这种结构有助于读者轻松理解研究的各个部分。

观测与数据还原

我们对3-79 keV的LMXB EXO 0748–676进行了观测，使用的是NuSTAR天文台（Harrison等人，2013年）。观测时间为2024年6月17日（观测ID 91001324002），持续时间为62.65 ks，采用FPMA/FPMB方法（见表1）。10秒间隔的光变曲线显示了五次日食事件和一次Type I类型的爆发，发生在MJD 60478.2781（图1）。数据使用HEASOFT v6.34和NuSTARDAS v2.1.4（CALDB v20240930）进行还原；事件通过NUPIPELINE工具进行清洗。源信号和背景信号从100″圆形区域内提取（图2）；光谱数据也来自该区域。

热核X射线爆发

在NuSTAR的观测过程中，我们检测到了来自EXO 0748–676的明显Type I X射线爆发（Gottwald等人，1987年）。爆发开始于大约MJD 60478.2781（2024年6月17日06:40:17 UTC，如图1所示）。爆发光变曲线（图3）显示出一个快速上升阶段，随后是指数衰减，这是中子星上热核爆发的典型特征。在3–79 keV波段，计数率从持续水平增加到峰值约1615.88计数/秒

讨论

我们的NuSTAR观测捕捉到了EXO 0748–676在长时间宁静期后的重新激活过程，其行为与其1985–2008年的爆发过程非常相似，包括爆发现象、日食特征和宽带光谱形状。下面我们总结了主要的研究结果。

CRediT作者贡献声明

Nirpat Subba: 负责撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、软件开发、资源管理、方法论设计、调查实施、数据分析、数据管理以及概念框架的构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。