[論文レビュー] Accretion instabilities and jet formation in GRS 1915+105

I. F. Mirabel, V. Dhawan+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 28

ひとこと要約

本研究は、マイクロクラスエーサー GRS 1915+105 におけるX線の深さ低下が、相対論的プラズマ雲の噴出を引き起こすことを確立した。観測された赤外線シンクロトロン先行信号に続く電波バーストが、その証拠である。X線、赤外線、電波の同時観測により、これらのミニ噴出物が降着円盤の不安定性によって駆動されており、約0.2cの速度で膨張し、ローレンツ因子は約10³であることが確認された。これはクェーサー様のジェットを縮小したモデルに相当する。

ABSTRACT

We report simultaneous observations in the X-ray, infrared, and radio wavelengths of the galactic superluminal source GRS 1915+105. During episodes of rapid disappearance and follow up replenishment of the inner accretion disk evidenced by the X-ray oscillating flux, we observe the ejection of relativistic plasma clouds in the form of synchrotron flares at infrared and radio wavelengths. The expelled clouds contain very energetic particles with Lorentz factors of about 1000, or more. These ejections can be viewed as small-scale analogs of the more massive ejecta with relativistic bulk motions that have been previously observed in GRS 1915+105.

研究の動機と目的

• 銀河系のマイクロクラスエーサー GRS 1915+105 における相対論的ジェット噴出の物理的起源を調査すること。
• X線の準周期的振動（QPO）と拡張するプラズマ雲の形成との関連を特定すること。
• 赤外線および電波のフレアがX線の深さ低下および噴出イベントと因果的に関連しているかどうかを確立すること。
• エネルギー、磁場、膨張速度を含む、噴出されたプラズマ雲の性質を定量化すること。
• これらのミニ噴出物が、星質量ブラックホール系における降着円盤物理学およびジェット形成に与える意味を検討すること。

提案手法

• 1997年5月15日および9月9日、RXTE（X線）、UKIRT（赤外線、Kバンド）、VLA（2 cm、3.6 cm、6 cmの電波）を用いた同時多波長観測を実施。
• RXTEのPCAを用いてX線輝度の変動を測定し、数分スケールの大きな振幅の深さ低下と回復スパイクを検出。
• 相対光度測定および標準星のキャリブレーションを用い、2.2 µmにおける1分間解像度の赤外線輝度を導出。赤方偏移補正には A_K = 3.3 mag を用いた。
• 電波光曲線の解析により、短波長（赤外線）と長波長（電波）の輝度ピークの時間遅れを特定。これは、拡張するプラズマからのシンクロトロン放射に一致する。
• 等分配仮定を適用し、発光温度（約10¹² K）、磁場（約16 G）、および相対論的電子のエネルギー（約5×10³⁹ erg）を推定。
• プラズマの膨張速度を約0.2cとモデル化し、断熱的エネルギー損失に基づいて雲の寿命（約1時間）を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRS 1915+105におけるX線の深さ低下は、相対論的プラズマ雲の噴出を伴うか？
• RQ2 X線の回復スパイクと赤外線・電波フレアの発生との間に因果的関連があるか？
• RQ3 赤外線フレアが電波バーストの前に発生するか。これは、拡張する噴出物のシンクロトロン先行信号を示唆するか？
• RQ4 噴出されたプラズマ雲の物理的パラメータ（エネルギー、磁場、ローレンツ因子）は何か？
• RQ5 これらのミニ噴出物は、同じ源における大規模な相対論的噴出と比較して、スケールおよび周波数でどのように異なるか？

主な発見

• X線、赤外線、電波の同時観測により、GRS 1915+105におけるX線の深さ低下の後に相対論的プラズマ雲の噴出が発生することが確認された。
• 2.2 µmにおける赤外線フレアは最大で12 mJyに達し、X線の回復後にすぐ発生し、電波バーストのシンクロトロン先行信号として機能した。
• 電波放射は赤外線放射に対して時間遅れを示し、断熱的に拡張するプラズマからのシンクロトロン放射に一致した。
• 噴出されたプラズマ雲の発光温度は約10¹² K、磁場は約16 G、等分配エネルギーは約5×10³⁹ erg（相対論的電子に相当）であった。
• 雲は約0.2cの速度で膨張し、断熱的エネルギー損失に一致する約1時間の寿命を有した。
• 雲内に存在する相対論的電子のローレンツ因子は約10³と推定され、1プロトンあたり1電子を仮定した場合、最小雲質量は約10¹⁹ gであった。