黑洞中的线性极化：4U 1957+115 及其 X 射线光谱分析

我们提出了一种新型的 spectro-polarimetric 方法，用于估计 X 射线二元星系的倾斜角，基于 Sunyaev 与 Titarchuk(1985, ST85) 的早期工作。X 射线极化源自于软 X 射线在几何平坦的浓厚 Compton 云(CC)中的多次散射。ST85 表明，极化程度 P 取决于二元星系的倾斜角 i，且与光子能量无关。此外，P 随 CC 光学厚度 τ₀ 的不同而呈现特定的角分布，特别是当 τ₀ > 10 时，P 遵循 Chandrasekhar(1950) 的分布。鉴于近期 IXPE 对黑洞源的 spectro-polarimetric 观测数量的大幅增长，测试这一方法尤为重要，尤其是结合其他任务对此类源进行的光谱分析。具体而言，4U 1957+115 该 BH 源在 high/soft 状态下被 IXPE 观测，发现 P ~ 2% (Marra et al. 2024)。为应用该方法，除了知道给定源的 P 值外，还需估计 CC 光学厚度 τ₀，然后计算最佳拟合光子指数 Γ 和等离子体温度 kT_e。我们对 4U 1957+11 使用来自 IXPE、NuSTAR、NICER、RXTE、Swift、Suzaku 和 ASCA 的 X 射线数据进行光谱分析。我们发现 X 射线源光谱可由 Γ 从 1.5 变为 3 的 Comptonization 模型良好描述。我们发现 Γ 随质量吸积率 Ṁ 的增大而单调上升，并在高 Ṁ 下达到 Γ ~ 3 的饱和。我们通过比例方法确定该 BH 质量：M_1957 = 4.8 ± 1.8 M_⊙，假设源距离为 22 kpc，参考源包括 H 1743-322、4U 1630-47 和 GRS 1915+105。