[論文レビュー] A model-independent analysis of the variability of GRS 1915+105

T. Belloni, M. Klein Wolt+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2000

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 2被引用数 50

ひとこと要約

本研究では、1996年から1997年にかけての163件のRXTE/PCA観測を用いて、GRS 1915+105のX線変動をモデルに依存しない分類手法で行った。その結果、すべての複雑な変動パターンが、内側のディスクが見えない硬い状態と、異なる温度で観測可能なディスクを有する2つのソフト状態の間の遷移に還元されることを明らかにした。主な結果は、この源の極端な変動が、熱-粘性不安定性によって駆動される状態遷移に起因しており、標準的なブラックホール降着モデルと一致するが、特異な不安定性駆動ダイナミクスを示す点が特徴である。

ABSTRACT

We analyzed 163 observations of the microquasar GRS 1915+105 made with the Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) in the period 1996-1997. For each observation, we produced light curves and color-color diagrams. We classified the observations in 12 separate classes, based on their count rate and color characteristics. From the analysis of these classes, we reduced the variability of the source to transitions between three basic states: a hard state corresponding to the non-observability of the innermost parts of the accretion disk, and two softer states with a fully observable disk. These two soft states represent different temperatures of the accretion disk, related to different local values of the accretion rate. The transitions between these states can be extremely fast. The source moves between these three states following certain patterns and avoiding others, giving rise to a relatively large but limited number of variability classes. These results are the first step towards a linking of the properties of this exceptional source with standard black-hole systems and with accretion disk models.

研究の動機と目的

• RXTE観測データセット全体にわたるGRS 1915+105の極端なX線変動を、特定のスペクトルモデルを仮定せずに分類すること。
• 源の複雑な変動が、限定された数の基本的スペクトル状態に還元可能かどうかを特定すること。
• 観察された変動パターンの物理的起源、特に降着ディスクにおける熱-粘性不安定性の役割を調査すること。
• GRS 1915+105のスペクトル的・時間的性質を、標準的ブラックホール候補と比較し、類似点と相違点を特定すること。

提案手法

• 1996年から1997年にかけてのGRS 1915+105の163件のRXTE/PCA観測を分析した。
• 各観測に対して光度曲線と色-色図を作成し、カウントレートとスペクトルの硬さの変動を特徴づけた。
• 色-色図上の位置と光度曲線の形状に基づき、12の明確に区別できる変動クラスに観測を分類した。
• 3つの基本的スペクトル状態を特定した：内側ディスクが見えない硬い状態、および異なる温度で完全に可視化されたディスクを有する2つのソフト状態。
• モデルに依存しない手法を採用した。分類にはスペクトルフィッティングを一切用いず、色と明るさの変動にのみ依存した。
• 識別された状態を、標準的ブラックホール系（例：低状態、中間状態、非常に高状態）における既知の状態と比較し、物理的類似性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRS 1915+105の極端で多様なX線変動は、限定された数の基本的スペクトル状態によって説明可能か？
• RQ2 これらのスペクトル状態間の遷移を駆動する物理的メカニズムは何か。特に、観測された高速スイッチングの背後には何があるか？
• RQ3 GRS 1915+105のスペクトル的・時間的性質は、異なる状態にある標準的ブラックホール候補と比較して、どのように類似または相違するか？
• RQ4 多くの状態遷移シーケンスの可能性があるにもかかわらず、なぜ限定された数の変動パターンしか観測されないのか？
• RQ5 GRS 1915+105で観測される特異な不安定性が、標準的中間状態または非常に高状態の特徴を模倣している理由は何か？

主な発見

• 163件のGRS 1915+105の観測は、スペクトルモデルに依存せず、色と明るさの挙動に基づき12の明確な変動クラスに分類された。
• すべての変動は、内側ディスクが見えない1つの硬い状態と、異なる温度で完全に可視化されたディスクを有する2つのソフト状態の間の遷移に還元できる。
• 硬い状態は、内側ディスクからの放射を抑制する熱-粘性不安定性の結果であると解釈され、Belloniら（1997a,b）の先行研究と整合的である。
• 2つのソフト状態は、異なる内側ディスク温度に対応しており、色の変化から確認されたように、異なる局所的降着率と関連している。
• 状態間の遷移は極めて速く、非ランダムな特定のパターンに従うため、物理的制御機構が存在することが示唆される。
• ソフト状態における源の振るまいは、標準的ブラックホール候補の非常に高状態および中間状態と非常に類似しており、GRS 1915+105における不安定性が、これらの標準的状態の条件を模倣している可能性がある。