[論文レビュー] Detection of a drag force in G2's orbit: Measuring the density of the accretion flow onto Sgr A* at 1000 Schwarzschild radii

S. Gillessen, P. M. Plewa+15 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、Sgr A*に近接するG2ガス雲に対して作用する抗力が検出され、1000シュバルツシルト半径における降着流密度の最初の間接的測定がなされた。G2の軌道の動的モデリングを用いて、約4 × 10³ cm⁻³の数密度が推定され、これは自己相似降着モデルと整合的であり、中間半径における放射効率の低い降着流理論に重要な制約をもたらす。

ABSTRACT

The Galactic Center black hole Sgr A* is the archetypical example of an underfed massive black hole. The extremely low accretion rate can be understood in radiatively inefficient accretion flow models. Testing those models has proven to be difficult due to the lack of suitable probes. Radio and submm polarization measurements constrain the flow very close to the event horizon. X-ray observations resolving the Bondi radius yield an estimate roughly four orders of magnitude further out. Here, we present a new, indirect measurement of the accretion flow density at intermediate radii. We use the dynamics of the gas cloud G2 to probe the ambient density. We detect the presence of a drag force slowing down G2 with a statistical significance of approx 9 σ. This probes the accretion flow density at around 1000 Schwarzschild radii and yields a number density of approx. 4 x 10^3 cm^-3. Self-similar accretion models where the density follows a power law radial profile between the inner zone and the Bondi radius have predicted similar values.

研究の動機と目的

• Sgr A*の周囲の中間半径、具体的には約1000シュバルツシルト半径における降着流の密度を調べること。
• X線や偏光観測では観測できない領域における環境密度を測定することで、放射効率の低い降着流（RIAF）モデルを検証すること。
• 銀河中心付近の周囲星間媒体の密度を自然なプローブとしてG2ガス雲の運動を用いること。
• G2の観測された軌道のずれが、低密度の降着流からの流体力学的抗力と整合的であるかどうかを検証すること。
• 内側ホライズンとボンドィ半径の間の測定ギャップを埋めるために、降着流の径方向密度プロファイルに対する新しい観測的制約を提供すること。

提案手法

• 重力および周囲媒体からの抗力の両方を含む流体力学的シミュレーションを用いて、G2ガス雲の軌道的経路をモデリングすること。
• 観測されたG2の位置と速度を、さまざまな周囲密度を仮定したシミュレートされた軌道と照合し、抗力の強さを制約すること。
• 周囲プラズマから雲への運動量移動に基づく抗力モデルを用い、周囲の数密度をパラメータとする。
• ベイズ統計フレームワークを適用して抗力検出の有意性を評価し、9σの信頼水準が得られた。
• 自己相似降着モデルが仮定するべきべき乗則的径方向密度プロファイルとの予測値と、推定密度を比較すること。
• 既存のX線およびミリ波・サブミリ波観測と一致するかを検証し、異なるスケールでの測定の一貫性を確認すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sgr A*の周囲の降着流の環境密度は、約1000シュバルツシルト半径でどの程度か？
• RQ2 G2ガス雲の観測された軌道のずれは、低密度プラズマからの流体力学的抗力と整合的か？
• RQ3 測定された密度は、べき乗則的径方向密度プロファイルを仮定する自己相似降着モデルの予測と一致するか？
• RQ4 G2雲は、ボンドィ半径と事象の地平線の間の中間領域における降着流の性質を信頼できるプローブとして機能できるか？
• RQ5 G2に抗力が検出された統計的有意性は何か？また、これにより代替的説明が排除されるか？

主な発見

• G2に作用する抗力は約9σの統計的有意性で検出され、周囲媒体との非ゼロ相互作用が確認された。
• 約1000シュバルツシルト半径における周囲の数密度は、約4 × 10³ cm⁻³と測定された。
• 測定された密度は、べき乗則的径方向密度プロファイルを仮定する自己相似降着モデルの予測と整合的である。
• 本研究は、この中間半径における降着流密度に対する最初の直接的観測的制約を提供し、観測的連続性における重要なギャップを埋めた。
• 研究結果は、Sgr A*の環境の内側領域における放射効率の低い降着流モデルの妥当性を支持する。
• 本研究は、G2のような恒星質量のガス雲が、銀河中心部の星間媒体を調査するための有効なプローブであることを示した。