[論文レビュー] Correlated X-ray Spectral and Timing Behavior of the Black Hole Candidate XTE J1550-564

J. Homan, R. Wijnands+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、XTE J1550-564のRXTEデータを分析し、スペクトル的およびタイミング的性質（特にQPO）が色-色図において櫛の形に似た2次元のブラックホール状態空間と相関することを明らかにした。ソフト状態が背骨となり、ハード状態が歯となる。QPO周波数とスペクトルの硬さが共に変化し、降着レートとコンプトン化領域のサイズが独立した制御パラメータであることを示している。

ABSTRACT

We present an analysis of data of the black hole X-ray transient XTE J1550-564, taken with RXTE between 1998 Nov 22 and 1999 May 20. The source went through several different states, which were divided into soft and hard states, based on the relative strength of the high energy power law tail. The states showed up as distinct branches in the color-color diagram, connecting to form a structure with a comb-like topology, the branch corresponding to the soft state forming the spine and the branches corresponding to the various hard states forming the teeth of the comb. The power spectral properties of each branch were correlated with their spectral properties. Three types of QPOs were found: 1-18 Hz and 100-285 Hz QPOs on the hard branches, and 15-18 Hz QPOs on and near the soft branch. The frequency of the high and low frequency QPOs on the hard branches were correlated with each other, and with spectral hardness. The behavior of the XTE J1550-564 strongly favors a two-dimensional description of black hole behavior, where the canonical soft high state is identified with regions near the spine of the comb in the color-color diagram and the canonical very high, intermediate, and low states with its teeth. The difference between the various hard states is associated with the flux of the blackbody component. The two parameters underlying this two-dimensional behavior, vary to a large extent independently, and could for example be the accretion rate through the disk and the size of the Comptonizing region causing the hard tail. We discuss how this picture could tie in with the canonical, one-dimensional behavior of black hole candidates that has usually been observed.

研究の動機と目的

• ブラックホール候補XTE J1550-564におけるスペクトル的およびタイミング的行動の相関を調査すること。
• 色-色図を用いて源の進化における明確な状態を同定すること。
• 準周期的振動（QPO）が、異なる状態においてスペクトル硬さと放射束とどのように関係するかを特定すること。
• 一重の次元的状態進化モデルに挑戦し、2次元フレームワークを提案すること。

提案手法

• 1998年11月から1999年5月にかけて収集されたRXTEデータを分析した。
• 高エネルギーのパワーレイト尾の相対的強度に基づいて、源の状態をソフト状態とハード状態に分類した。
• 状態を色-色図にマッピングし、ソフト状態が背骨で、ハード状態が歯となる櫛に似たトポロジーを明らかにした。
• 3種類のQPOを特定・特徴付けた：ハードブランチでは1–18 Hzおよび100–285 HzのQPO、ソフトブランチでは15–18 HzのQPO。
• QPO周波数、スペクトル硬さ、ブラックボディ成分の放射束の間の相関を検討した。
• 降着レートとコンプトン化領域のサイズが独立して状態遷移を支配する2次元モデルを提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XTE J1550-564の異なる状態において、QPO周波数はスペクトル硬さとどのように相関するか？
• RQ2 ブラックボディ成分の放射束と観測されたハード状態の関係は何か？
• RQ3 色-色図における異なるハード状態が、なぜ明確に分離したブランチを形成するのか？
• RQ4 色-色図に観測された櫛に似た構造は、どのように物理的パラメータを反映しているか？
• RQ5 標準的一次元状態進化モデルは、2次元的記述に拡張可能か？

主な発見

• XTE J1550-564の色-色図は、ソフト状態が背骨で、ハード状態が歯となる櫛に似たトポロジーを示している。
• ハードブランチでは1–18 Hzおよび100–285 HzのQPOが検出され、ソフトブランチでは15–18 HzのQPOが観測された。
• ハードブランチにおける高周波数および低周波数QPOの周波数は、互いに相関しており、スペクトル硬さとも相関していた。
• ハード状態間の差異は主にブラックボディ成分の放射束に起因している。
• 2次元状態空間は、降着レート（ディスクを通る）とコンプトン化領域のサイズという2つの独立パラメータで最もよく記述される。
• 観測された振るまいは、標準的一次元状態進化モデルよりも2次元モデルを支持しており、ソフト状態は背骨付近に対応し、ハード状態は歯に対応する。