[論文レビュー] An optically thick inner corona geometry for the Very High State Galactic Black Hole XTE J1550-564

Chris Done, Aya Kubota|Nov 1, 2005

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 59

ひとこと要約

この論文は、XTE J1550-564の非常に高エネルギーステート（VHS）における低降着円盤温度が、円盤の断片化によるものではなく、光度が厚くコンプトン効果を示すコロナによるエネルギー損失によって生じると提案している。Svensson & Zdziarski (1994)の円盤-コロナ結合モデルを用いて、わずかな円盤断片化で十分にデータを説明できることを示し、VHSスペクトルと高/ソフト状態の全放射光度-温度関係、および低周波数QPO観測結果を整合させた。

ABSTRACT

(truncated version) The X-ray spectra of Galactic binary systems in the very high state show both strong disk emission and a strong, steep tail to high energies. We use simultaneous optical-ASCA-RXTE data from the black hole transient XTE J1550-564 as a specific example, and show that these have disc spectra which are significantly lower in temperature than those seen from the same source at the same luminosity when in the disc dominated state. If these give a true picture of the disc then either the disc emissivity has reduced, and/or the disc truncates above the last stable orbit. However, it is often assumed that the tail is produced by Compton scattering, in which case its shape in these spectra requires that the Comptonising region is marginally optically thick (tau~2-3), and covers a large fraction of the inner disc. This will distort our view of the disc. We build a theoretical model of a Comptonising corona over an inner disc, and fit this to the data, but find that it still requires a large increase in inner disc radius for a standard disc emissivity. Instead it seems more probable that the disc emissivity changes in the presence of the corona. We implement the specific inner disc-corona coupling model of Svensson & Zdziarski (1994) and show that this can explain the low temperature/high luminosity disc emission seen in the very high state with only a small increase in radius of the disc. While this inferred disc truncation is probably not significant given the model uncertainties, it is consistent with the low frequency QPO and gives continuity of properties with the low/hard state spectra.

研究の動機と目的

• 高/ソフト状態で観測されるL ∝ T⁴関係と対照的に、VHSにおける低円盤温度との間にある矛盾を解消すること。
• VHSにおける観測されたスペクトル的性質が、円盤断片化、放射率の変化、それともコロナによるコンプトン化効果に起因するかを特定すること。
• 円盤-コロナ結合モデルが、大きな円盤断片化を必要としない状況で観測されたX線スペクトルを再現できるかを検証すること。
• 推定された円盤構造が、低周波数QPO観測結果および既存の降着物理学と整合するかを評価すること。

提案手法

• XTE J1550-564のVHSにおける同時光学-ASCA-RXTEデータを用い、0.8–200 keVの広帯域X線スペクトルを分析した。
• X線テイルにコンプトン化モデルを適用し、わずかに光学的に厚いコロナ（τ ≈ 2–3）が内側の円盤の大部分を覆うと仮定した。
• Svensson & Zdziarski (1994)の円盤-コロナ結合メカニズムを組み込んだ、コロナが内側の円盤の上に存在する理論的モデルを構築した。このモデルでは、降着エネルギーの割合fがコロナで散逸すると仮定した。
• この結合モデルを用いてスペクトルフィッティングを行い、必要な円盤半径および放射率の変化を評価した。
• 高/ソフト状態のデータと比較することで、L ∝ T⁴関係との整合性を検証した。
• 低周波数QPOを整合性のチェックとして用い、相対論的プレセッションモデルを用いて円盤断片化の程度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜXTE J1550-564のVHSにおける円盤は、同じ放射光度下で高/ソフト状態よりも冷たく見えるのか？
• RQ2 観測されたスペクトル形状は、円盤断片化、放射率の変化、それともコロナ構造によるコンプトン化によって最もよく説明されるのか？
• RQ3 円盤-コロナ結合モデルが、大きな円盤断片化を要件としない状況でVHSスペクトルを説明できるか？
• RQ4 コンプトン化効果を示すコロナの存在が、観測される円盤温度および放射光度にどのように影響を与えるか？
• RQ5 相対論的プレセッションモデルに基づく観測された低周波数QPOと、推定された円盤構造は整合するか？

主な発見

• XTE J1550-564のVHSスペクトルは、ボリュメトリック放射光度の50%以上を占めるコンプトン化テイルを示しており、同じ放射光度下で高/ソフト状態よりも著しく冷たい円盤成分が観測された。
• 固定された円盤半径を仮定した標準的なコンプトン化モデルでは、大きな円盤断片化を仮定しない限り、低円盤温度を再現できない。これは、急峻なコンプトン化スペクトルと矛盾する。
• Svensson & Zdziarski (1994)の円盤-コロナ結合モデルでは、降着エネルギーの割合fがコロナで散逸すると仮定し、これにより必要な円盤断片化はわずかで、おそらく無視できるほど小さくなる。
• わずかに断片化された円盤と修正された放射率（図7c）を仮定したモデルが、データを最もよく説明しており、相対論的プレセッションモデルに基づく低周波数QPOと整合する。
• 連続的かつ平板なコロナが大きな断片化された円盤を覆うモデルは、観測されたよりも平坦なコンプトン化スペクトルを生じるため、データと整合しない。
• 結果から、同様の円盤-コロナ結合メカニズムが、超高光度X線源（ULXs）における低視認円盤温度の説明に役立つ可能性があり、中質量ブラックホールの仮定を回避できる可能性がある。