[論文レビュー] Coupling of the X-ray and radio emission in the black hole candidate a nd compact jet source GX 339-4

S. Corbel, R. P. Fender+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、低硬X線状態にあるブラックホール候補GX 339–4において、電波、ソフトX線、ハードX線放射の間で強い3方向の線形相関が確立された。これは、コンプトン化作用を及ぼすコロナとコン pactなジェットとの直接的な結合を示している。電波放射は約2%で線形偏光しており、安定した方位角を示しており、ジェットおよび/またはブラックホールスピン軸に一致する優先的軸があることを示唆している。

ABSTRACT

We report the results of a long-term campaign of radio, soft- and hard- X-ray observations of the galactic black hole candidate GX 339-4. In the Low-Hard X-ray state the system displays a strong 3-way linear correlation between soft- and hard-X-rays and radio emission, implying a coupling between the Comptonising corona and a radio-emitting compact jet. In this state the radio emission is linearly polarised at a level of around 2 %, with an almost constant polarisation angle, indicative of a favored axis in this system probably related to the compact jet and/or black hole spin axis. In the Off X-ray state the radio emission declines with the X-ray emission to below detectable levels, suggesting that it is simply a lower-luminosity version of the Low-Hard state. In the High-Soft state both the hard-X-ray and radio emission are suppressed. We also note that the transitions from the Low-Hard state to the High-Soft state (and the reverse) are possibly associated with discrete ejection(s) of expanding relativistic plasma.

研究の動機と目的

• GX 339–4の電波、ソフトX線、ハードX線バンドにおける多波長行動を調査すること。
• 低硬X線状態におけるコンパクトジェットとコンプトン化作用を及ぼすコロナの間の物理的関係を特定すること。
• 降着率の変動とディスクの進動が観測された相関を駆動する役割を検討すること。
• 特に低硬状態と高ソフト状態の間の状態遷移の性質を評価し、ジェット噴出と関連づけること。
• スペクトル形状、変動性、偏光を含む電波放射特性を特徴づけ、ジェット構造を推定すること。

提案手法

• オーストラリア電波望遠鏡コンパクトアレイおよびモロングル観測所合成電波望遠鏡を用いた長期にわたる多波長モニタリングキャンペーンを実施し、電波観測を実施した。
• RXTE/ASMおよび他のX線ミッションからの同時X線観測データと組み合わせ、放射度の相関を分析した。
• 電波スペクトル指数と変動 timescales を分析し、放射メカニズムとジェット特性を推定した。
• 電波放射の線形偏光を測定し、磁場の配置とジェットの向きを調査した。
• X線光曲線のスペクトル的および時間的解析を用いて、源の異なるX線状態を分類した。
• 放射度の間の線形関係を定量化するため、相関解析を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低硬X線状態におけるGX 339–4において、コンプトン化作用を及ぼすコロナとコンパクトジェットとの間に物理的結合が存在するか？
• RQ2 異なるX線状態において、電波放射がソフトX線およびハードX線放射度とどのように相関するか？
• RQ3 観測された電波放射の線形偏光の起源は何か。また、それはシステムの幾何学的構造をどのように明らかにするか？
• RQ4 低硬状態と高ソフト状態の間の状態遷移は、相対論的プラズマの離隔的噴出と関連しているか？
• RQ5 観測された相関は、ADAFモデルや風生成モデルを含む既存の降着モデルをどのように挑戦するか、または支持するか？

主な発見

• 低硬X線状態において、電波、ソフトX線、ハードX線放射度の間で強い3方向の線形相関が観測された。これは、ジェットとコロナの根本的な結合を示している。
• 電波放射は約2%で線形偏光しており、ほぼ一定の偏光方位角を示しており、ジェットと一致する安定した優先的軸があり、おそらくブラックホールスピン軸とも一致していることを示唆している。
• 電波スペクトルは平坦またはわずかに逆転しており、相対論的プラズマが連続的に注入されるコンパクトなジェットからのシンチロトロン放射に一致している。
• X線オフ状態では、電波放射がX線放射度に連動して検出限界以下に低下しており、これは低放射度版の低硬状態である可能性を示唆している。
• 高ソフトX線状態では、ハードX線および電波放射が抑制され、この状態でジェットが抑制されていることを示している。
• 低硬状態と高ソフト状態の間の遷移は、多バンド変動パターンから推定されるように、拡張する相対論的プラズマの離隔的噴出に関連している可能性がある。