Low Mass X-ray Binaries, one of the brightest class of X-ray sources in Galaxy, show several interesting phenomena including X-ray bursts, irregular dips, and rapid variability. In order to study such X-ray properties, we have investigated three LMXBs 1755-338, 1735-444 and Serpens X-1 (1837+049). From the spectral studies, we found that the energy spectra of these sources can be represented by two components, which are associated with two physical sites of X-ray emission, generally taken to be the neutron star surface and the inner accretion disk or the accretion disk corona.
The X-ray dip source 1755-338 was observed with Ginga in 1990 and simultaneously with Ginga and ROSAT in 1991. The source was in the "high" luminosity state during the observation in 1990, similar to the EXOSAT observation. Regularly spaced dips and no apparent low-energy absorption during these dips are confirmed. During the observation in 1991 the source was in the "low" luminosity state with the flux (1-37 keV) less than 35% of the "high" state non-dip level. The spectrum observed in this "low" state is much harder than that in the "high" state. Also, an iron emission line centered around 6.7 keV is found in the "low" state. The data imply that the accreting matter in this system might have the cosmic abundance, contrary to the earlier suggestion that the heavy-element abundances in 1755-338 are extremely low.
Simultaneous Ginga and ROSAT observation of the X-ray burst source 1735-444 was made in 1991. During the observation the source was in an unusually high luminosity state and showed the general correlation between the intensity and the hardness. From the analysis of the persistent emission, we show that the source was in the banana branch in the color-color diagram. This indicates that there exist some fundamental differences between atoll sources and Z sources, rather than just a difference in the average mass accretion rate alone. We observed a burst with radius expansion at this high luminosity. Such a strong burst at the high luminosity cannot be reconciled with the current burst theory. The burst showed also the deviations of the spectra from a simple blackbody in two notable aspects: (1) a high-energy excess above 10 keV and (2) a systematic wavy nature in the residuals. We discuss the possible explanation for the deviations.
For the study of Ser X-1, we used the EXOSAT observation which was made in 1983 and in 1985. The source is a relatively bright X-ray burst source but fainter than 1735-444. From the combined analysis of the spectral and fast variability properties, we show that the source was in the banana state during both observations. Thus, we conclude that Ser X-1 is an atoll source. The spectral study of two bursts, which were observed during 1985 observation, shows that the burst spectrum is not a pure blackbody spectrum and that the ratio of color temperature to the effective temperature increase with the color temperature. We also found the possible evidence of weak secondary maximum in the burst profile. Possible explanations are discussed.
X-선원중에서 가장 밝은 종류 중의 하나인 가벼운 X-선 쌍성계(LMXB)는 X-선 burst, 규칙적인 주기를 갖지만 불규칙적인 모양을 보이는 dip us상, 그리고 rapid variability등 여러가지 흥미로운 현상들을 보인다. 이러한 X-선 특성을 이해하기 위하여 세개의 LMXB, 1755-338, 1735-444, 그리고 Serpens X-1 (1837+049)를 연구하였다. 분광학적 연구를 통하여 이들 X-선원의 에너지 스펙트럼이 두 성분으로 이루어져 있음을 보였다. 이 두 성분은 중성자별 표면과 부착원반의 내부 또는 부착원반 코로나로부터 방출된다고 보여진다.
dip 현상을 보여주는 X-선원인 1755-338은 1990년에 Ginga로 관측되었고, 1991년에는 Ginga와 ROSAT에 의해 동시에 관측되었다. 1990년에는 EXOSAT 관측과 비슷한 광도를 갖는 "높은"상태에 있었다. 규칙적인 dip을 확인하였고, dip이 있는 동안 저에너지에서의 흡수가 나타나지 않음을 확인하였다. 1991년에는 "높은"상태보다 35% 낮은 광도를 갖는 "낮은" 상태에 있었다. "낮은" 상태에서의 스펙트럼은 "높은" 상태에 비하여 매우 hard한 스펙트럼을 갖고 있다. 또한, "낮은" 상태에서는 중심 에너지가 약 6.7 keV인 철원자에 의한 방출선이 발견되었다. 이 결과는 1755-338의 부착물질에 포함된 중원소 함량이 극단적으로 적다는 이전의 제안과는 상반되는 cosmic abundance를 갖고 있음을 의미한다.
1735-444는 X-선 burst를 방출하는 LMXB로 1991년 Ginga와 ROSAT에 의해 동시에 관측되었다. 관측되는 동안 비정상적으로 밝은 상태에 있었고, X-선의 세기와 hardness가 일반적인 상관관계를 보였다. persistent emission을 분석해서 color-color diagram 상에서 바나나 상태에 있음을 보였다. 이것은 atoll source와 Z source의 차이점이 단순히 평균적인 물질 유입량의 차이에 의한 것이 아니라 좀더 근원적인 것에 기인함을 의미한다. 이런한 높은 광도를 갖는 상태에서 중성자별의 대기팽창을 보이는 X-선 burst가 관측되었다. 높은 광도를 갖는 상태에서 이러한 강한 X-선 burst는 현재의 X-선 burst이론과 일치하지 않는다. 또한, X-선 burst 스펙트럼은 단순한 흑체복사와 다른 두가지 양상을 보였다. 하나는 10 keV이상에서의 고에너지 excess이고 다른 하나는 residual에서 보여지는 체계적인 wave적 특성이다. 이것에 대한 가능한 설명을 논의했다.
Ser X-1은 1983년과 1985년에 관측된 EXOSAT 데이타을 이용하여 연구하였다. 이 X-선원 1733-444보다는 어둡지만 비교적 밝은 X-선 방출원이다. 분광학적 특성과 변광특성을 이용하여 두번의 관측동안 바나나 상태에 있었음을 보였다. 따라서 Ser X-1은 atoll source라고 결론을 내렸다. 1985년에 관측된 두 개의 X-선 burst를 분광학적으로 분석하여, burst스펙트럼이 완전 흑체복사가 아니고 color temperature와 effective temperature의 비가 color temperature에 따라 증가함을 보였다. 또한 X-선 burst 광도곡선에서 약한 secondary maximum이 있음을 알았다. 이에 대한 가능한 설명을 논의했다.