[論文レビュー] AGILE monitoring of the microquasar Cygnus X-3

G. Piano, A. Bulgarelli+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、Cygnus X-3のAGILE衛星観測結果を提示しており、主なガンマ線フレアが常にソフトX線スペクトル状態および事前減衰した電波状態と一致しており、主な電波フレアの数日前に発生していることが判明した。これらの発見は、地球に近いジェット内の相対論的電子が、低温光子のアップスキャッタリングにより高エネルギーのガンマ線を生成するレプトン的逆コンプトンモデルを支持しており、このマイクロクェーサーにおけるガンマ線活動とスペクトル状態遷移の強い時間的相関を確立している。

ABSTRACT

AGILE data on Cygnus X-3 are reviewed focussing on the correlation between the production of gamma-ray transient emission and spectral state changes of the source. AGILE clearly establishes a relation between enhanced gamma-ray emission and the "quenched" radio/hard X-ray states that precede in general major radio flares. We briefly discuss the theoretical implications of our findings.

研究の動機と目的

• Cygnus X-3におけるガンマ線フレア活動とスペクトル状態遷移の相関を調査すること。
• ガンマ線フレアが特定のX線または電波状態、特にフレア前の状態に関連しているかどうかを特定すること。
• 高エネルギーのガンマ線放射が相対論的ジェット内での逆コンプトン散乱によって生じるという仮説を検証すること。
• フレア状態における多波長スペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化し、新たなICバンプ成分を同定すること。
• コンパクト天体の降着およびジェット活動が高エネルギー放射を生成する役割を明確にすること。

提案手法

• 2007年11月から2009年7月にかけてのAGILE-GRIDデータを用いて、マルチソース最大尤度解析（MSLA）を実施し、ガンマ線フレアの検出および特徴の特定を行った。
• PSR J2021+3651、PSR J2021+4026、PSR J2032+4127などの近接ガンマ線源を考慮に入れ、Cygnus X-3の放射を分離した。
• ガンマ線光度曲線をRXTE/ASMおよびSwift/BATのハードX線およびソフトX線光度曲線と照合し、スペクトル状態遷移を特定した。
• 電波データを用いて主なフレアおよび減衰状態を同定し、特にフレア前の電波状態に注目した。
• レプトン的逆コンプトン（IC）モデルを適用し、視線に近い方向を向いたジェット内の相対論的電子を仮定してガンマ線スペクトルを解釈した。
• フレア発生時におけるスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化し、高エネルギー放射を説明する新たなICバンプ成分を導入した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Cygnus X-3において、ガンマ線フレアと特定のX線または電波スペクトル状態との間に一貫した時間的相関が存在するか？
• RQ2 Cygnus X-3のガンマ線フレアは、主な電波フレアの前に発生するのか？ もし発生するならば、システムはどのようなスペクトル状態にあったか？
• RQ3 観測されたガンマ線スペクトルは、地球に近いジェット内の相対論的電子による低温光子の逆コンプトン散乱によって説明可能か？
• RQ4 コンパクト天体の降着およびジェット活動が、高エネルギー放射の変調に果たす役割は何か？
• RQ5 ガンマ線フレア状態におけるCygnus X-3のスペクトルエネルギー分布（SED）は、静止状態と比べてどのように変化するか？

主な発見

• 2007年11月から2009年7月の間、AGILE-GRIDにより7件のガンマ線フレアが検出され、それぞれ1〜2日間続いた。有意水準は3σ以上であった。
• フレア発生時の平均ガンマ線フラックスは131 ± 27（統計誤差）± 10% × 10⁻⁸ 光子 cm⁻² s⁻¹であり、エネルギー指数はΓ = 1.93 ± 0.23であった。
• 平均持続的ガンマ線フラックスは14 ± 3（統計誤差）± 10% × 10⁻⁸ 光子 cm⁻² s⁻¹であり、フレアは最大で定常状態の20倍に達していた。
• すべてのガンマ線フレアは、ソフトX線スペクトル状態（RXTE/ASMの3–5 keVカウントレート ≥ 3 カウント s⁻¹）およびハードX線最小状態で発生しており、主な電波フレアの前に発生した。
• 11–12 2008年2月のフレアを除き、これは高いハードX線フラックスを示す遷移状態にあったが、Swift/BAT光度曲線に一時的な谷が観測された。それでも、ガンマ線/ハードX線の逆相関パターンと整合的であった。
• データは、地球に近いジェット内の相対論的電子が低温光子をアップスキャッタリングして観測された高エネルギーのガンマ線を生成するレプトン的逆コンプトンモデルを支持している。