热核暴作为探针研究中子星X射线双星的吸积盘和冕

In neutron star X-ray binary, thermonuclear X-ray bursts, also dubbed type-I X-ray burst, originate from unstable burning of accreted fuel on the surface of neutron star. The emission from bursts could interact with the inhabiting disk and corona. In this project, we will focus on: 1) develop a pipeline/software to find bursts automatically from the database of HXMT-insight, and catalog Insight-HXMT’s bursts to joint in international burst catalogue MINBAR; 2) from the burst spectra analysis, to study the corona cooling and persistent emission change during burst; 3) take the PRE burst of eclipse source as a probe to measure the inner disk radius; 4) after color-correction and other corrections, using the burst from 4U 1728-34 to measure the mass and radius of neutron star.

中子星X射线双星中，发生在中子星表面的秒量级的核聚变，被称为热核暴，或者一型X射线暴。这种辐射会和其周围吸积环境（冕和吸积盘）发生相互作用，例如冷却周围高温电子组成的冕，本项目利用这些相互作用作为探测研究中子星双星的吸积物理过程，主要包括：1）在慧眼数据库中，完成自动寻找热核暴程序（pipeline）， 增加热核暴研究样本，加入国际热核暴数据库MINBAR；2） 利用慧眼-HXMT和NICER等其他X射线卫星的观测数据，对热核暴期间连续谱的变化进行分析，增加冕被热核暴冷却的观测样本，系统研究热核暴对吸积环境的影响；3）挑选有掩蚀现象的PRE热核暴源，研究不同吸积态下热核暴touchdown时流量与观测倾角&吸积盘内半径的关系；4）分析RXTE和慧眼-HXMT的4U 1728-34的PRE暴，完成颜色因子等修正，给出中子星的质量&半径估计。

通过分析热核暴数据，尤其是利用慧眼的观测数据，将热核暴作为探针研究中子星X射线双星的吸积盘和冕。通过系统的搜素了慧眼-HXMT（Insight-HXMT）所有定点观测数据，在十几个X射线双星（XRB）中发现了百余个一型X射线暴（type-I X-ray burst），其中4U 1636-536~10，4U 1728-34~10，4U 1608-52~10，Aql X-1~5， Cyg X-2~10，4U 1702-429~10， MAXI J1816-195~73。.利用HXMT-慧眼数据研究中子星热核暴期间的高温冕的冷却。慧眼卫星对新发现的吸积毫秒脉冲星MAXI J1816–195的热核暴观测 (Chen et al. 2022, ApJL,936, L21)，慧眼共观测到73个热核暴，在热核暴的硬X射线能段发现缺失，得到30-100 keV能段的硬X射线缺失显著性为15.7 σ，且分能段的硬X射线的缺失比表明，30-50 keV缺失比随能量增加，但到50 keV后出现饱和，维持在50%左右，对于康普顿冷却而言，能量越高则高能段的缺失比应该更大。这种缺失比饱和的现象表明，热核暴只能影响一半的硬X射线产生，即存在一个致密的冕或者是喷流。考虑到该源的吸积毫秒脉冲星属性，更倾向于喷流的存在。慧眼探测到的4U 1636-536 和4U 1608-52的X射线暴中也发现了类似的冕冷却饱和的现象，结果在整理中。.利用HXMT-慧眼数据研究中子星热核暴和吸积盘的相互作用。在中子星X射线双星4U1608-52中的一个一型暴暴峰值发现连续谱的增加 ( Chen et al. 2019, JHEAP, 24, 30)，由于该热核暴的辐射半径超出了中子星表面，且达到爱丁顿光度，其吸积能释放区域可能在热核暴的半径之外。4U 1730–22沉寂49年后的再爆发 (Chen et al. 2022, ApJ, inpress)，慧眼共发现该源的10个热核暴，其中9个光球扩展暴和一个非光球扩张的双峰暴。在4U 1730-22的慧眼数据中我们发现：光球扩展阶段流量差距4倍，而氢氦质量比最高引起的2倍的差距。可能导致额外这2倍差别的可能是有吸积盘等对中子星表面有很强对遮挡。4U 1608-52中软态的热核暴也发现类似的现象，且低硬态的热核暴中没有观测到该现象，可能和硬态的吸积盘内半径大有关。