X線連星のLow/Hard状態における降着円盤

Report
X線連星のLow/Hard状態における
降着円盤
雑誌会
2008年4月14日(月)
略語:BHB:Black Hole Binary
ISCO:Inner most Stable Circular Orbit
HS状態 vs LH 状態
4年生用イントロ(いなかったらすっ飛ばし)
Introduction① -X線連星(XRB)とは
ブラックホール又は中性子星&通常の恒星との連星
X線
可視光線
現在301個の存在 (Liu et al. 2007; 2006)
※伴星の質量によってクラス分け
大質量X線連星 低質量X線連星
(LMXB)
(HMXB)
可視=伴星 or 降着円盤
可視≒伴星
10M8が境界線(Lewin et al. 1993)
ロッシュローブ
いずれも、X線で見える領域は降着円盤!!
M1以下用イントロ(いなかったらすっ飛ばし)
Introduction② 降着円盤の状態
•
Very high state
– Very strong thermal (disk) emission
– Very strong hard tail
– Strong variability (QPO 1 – 450 Hz)
• High/soft state (Thermal dominant State)
– Strong thermal (disk) emission
•
Intermediate state
– Thermal & non-thermal emission
– Strong variability
質量降着率
high
standard disk
ADAF
• Low/hard state
– Strong hard tail
– Strong variability (QPO 0.01 – 10 Hz)
• Quiescent (off) state
– Low luminosity
Esin et al. (1997)
– Hard tail dominant
low
Introduction ~本編
• 降着円盤ジオメトリを探る手段 @Lx<10%LEdd
①:X線のエネルギースペクトル
◎スペクトルに見える構造
相対論的効果を受けた鉄Kα輝線(Reynolds & Nowak 2003)
disk による 相対論的(!?)reflection成分*(Miller et al. 2002)
⇒ISCOを支持
◎スペクトル状態=HS状態 ⇒ disk black body : Tin ~ 1keV
⇒ISCOを支持(HS状態やVery High StateではRinを推定可能)
②:QPO
(QPOが何かは議論中。。。ここではケプラー回転diskから来ると仮定)
◎典型値100-500Hz (Remillard et al. 2002)
⇒ISCOを支持
HS状態では降着円盤はISCOまであることは確かだろう(市民権!?)
あとは、BHBのHS状態のPower-law放射が課題か!?
• 本論文の着眼点
LH状態での降着円盤のジオメトリは良くわかっていない
※以前までのLH状態の観測
※通説に対する反論と最近
・検出器の感度問題(PCA~3keV以上)
・熱的成分が消える(above 3keV)
・電離度が上がると反射しなくなる!?
・パワースペクトルの典型的振動数
・Newton の観測によりGx 339-4にISCO
(QPO!?)が小さくなる
のdiskが発見!!
・diskによる反射成分もない
しかし ⇒0.4keVのdisk black body
↓
反射成分
※これまでの通説
相対論的効果を受けた鉄輝線
・BH付近はADAF状態 or コロナ
Rin~4Rg,[email protected]
⇒ICをプロセスとしてX線放射
・Cyg X-1(←ASCA)も同様の結果
・降着円盤最内縁半径Rinが大
Rin~6Rg, [email protected]?~~0.001LEdd
⇔diskが後退し、コロナがかぶる
どうやら、LH状態でもBH近傍に降着円盤が存在できそう
紹介する論文は…
•Swift observation of the cooling accretion disk of XTE J1817-330
Rykoff et al. 2007, ApJ, 666, 1129
2006年outburstしたBHC XTE J1817-330のSwift観測-最小で0.001LEdd
•Broadband X-ray spectra of Gx 339-4 and geometry of
accreting Black holes in the hard state
Tomsik et al. 2008, astro-ph 0802.3357
2007年outburstしたGx 339-4のSwift観測-0.023と0.008LEdd
Rykoff et al. (2007) Result
HS状態からLH状態への遷移が起こる
降着円盤起源diskbbが弱くなっていく。
(観測初期:hard excess←IC起源!?)
PL dominantになる。
スペクトル:diskbb+PL or CompTT
↓
完全に消えるわけではない。
温度0.8~0.2keVへ冷えていった。
DBB
PL
DBB
0
10
0
PL
PL
DBB
10 0
10
Rykoff et al. (2007) 最重要Result
diskbb: Fdisk∝Rin2Tin4
disk flux と Tinの関係
~4乗のラインにだいたい乗る
↓
Rinは、HS状態からLH状態に遷移
したものの、ほとんど変化なし
↓
状態遷移と同時にdiskの後退現象
が始まるわけではない!!
4.3
3.3
0.4keVのdiskbbはPCAでは無理
GRO J1655-40でも同様のことが言える。ただし、NHをきちんと
求めてなければ、いけない(disk成分を見逃してしまう。)
怪しい。。。
データ:GRO J1655の2005年アウトバースト(Brocksopp et al. 2006)
LH状態からHS状態への遷移が確認された。
ただし、LH状態のスペクトルはPL onlyで良し。
Rykoff et al. (2007)の主張
NHをfreeにしてfitしたのがまずい!!
NH ~5.8×1021cm-2 < HS状態のNH
(Brocksopp et al. 2006)
NHを変化させたfitだとdisk放射を見逃す
↓
NHは固定すべき=6.66×1021cm-2
⇒1996年のoutburst時のもの
↓
LH状態も diskbb + poでないとダメ。
Tin ~ [email protected]~~0.001LEdd
↓
Fdisk∝Tin4も満たす。Rinは変化しない
赤:6.66*1021cm-2
青:5.8*1021cm-2
リアルにdiskが見えるのか!?
Rykoff et al. (2007)のまとめ
• XTE J1817-330のSwift観測
• HS状態からLH状態への遷移、disk温度が
0.8-0.2keVになるのを確認。
• Fdisk∝Tin4だったので、Rin一定~60km=4rg
(質量と距離は仮定)(rg=GM/c)
• GRO J1655-40も同様である(!?)
Tomsick et al. (2008)の前に
※先行研究:Miller et al. (2006)@Lx~0.05LEdd
RXTEのスペクトル=PL⇒LH
Newtonのスペクトルは。。。
Power-lawだけだとsoft excess
→ diskの存在
Diskbbをたすとexcessはきえる
⇒4±0.5rg
もっと暗くなればどうなる!?
Tomsick et al. (2008)
0.023LEddと0.008LEdd
0.023LEdd
0.008LEdd
0.008LEdd
0.023LEdd
Power-law ⇒ ダメ
残差を取り除くために。。。
diskbb + PL + kdblur_(laor
図3
+ pexriv)
相対論的効果を diskの反射成分
含んだ輝線
そのFit結果は
0.023LEdd
χ2/dof=325/205
0.008LEdd
χ2/dof=191/205
Discussion
※パラメータの議論
反射成分:reflection factor R=Ω/2πが両者0 ではない~0.23
⇒reflection はどちらの状態でも起こっている
Miller et al. (2006)も同じ値
⇒0.05LEddから0.008LEddまででジオメトリに変化なし
Rin < [email protected] & 0.008LEdd [email protected]
⇒Rinにほとんど変化なし
図6
Fe lineは0.008LEddの場合いらないかも。。。
line成分を除いてre-fitすると、Rin < 10Rg
・Reflection factor をみると明るさによるdiskジオメトリに変化なし
・0.008LEddだけlineをのぞくと、10Rgまでdiskが後退している可能
性を否定出来ない。
(Reflection factorの値がないのでこれ以上はわかりません。)
Discussion
diskbb: Normが0.008LEddでは0も許容
⇒降着円盤の変化を示唆
Tin or Norm or both
Millerらとの比較(0.023LEddのみ)
Fdiskは両者~3*10-10erg/s/cm2
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
0.023
0.008
Rinの変化を示唆している!!
Rykoff et al. (2007)のFdisk∝Tin4も満たしていない
SPL状態(Zdziarsiki et al. 2003)ではRin~2-3Rg
⇒diskは徐々に徐々に後退していっているかもしれない
いろんなBHBのLH状態のdisk
BHB
Rin
Tin L/LEdd
Gx 339-4
~4Rg
<5Rg
0.4 0.05
0.2 0.023
<10Rg ?
0.008
Cyg X-1
~6Rg* 0.2 0.001?
XTE J1817-330
~4Rg* 0.2 0.001
SWIFT J1753.5-0127 ~2Rg* 0.2 0.003
<4Rg** 0.4 0.05
0.001LEddまでADAF中にCool diskが存在可(Liu et al. 2007)

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