[論文レビュー] Inner accretion disk disappearance during a radio flare in GRS 1915+105

M. Feroci, G. Matt+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、GRS 1915+105における電波フレア中に、同時に得られたX線（BeppoSAX）および電波（Ryle Telescope）観測から、変動するX線スペクトルパラメータに基づいて、内側の降着円盤の一時的消失とその後の再出現が示された。主な結果は、パワー・レイの指数、カットオフエネルギー、X線輝度、および4–5 Hzの準周期的振動（QPO）の間の強い相関であり、このマイクロクェーサー系における降着円盤不安定性モデルを支持するものである。

ABSTRACT

Simultaneous X-ray (BeppoSAX, 0.1-300 keV) and radio (Ryle Telescope, 15 GHz) observations of the superluminal galactic source GRS 1915+105 in high flux state were carried out starting October 1996. Here we present the simultaneous radio/X-ray light curves of the flare event and the spectral and timing analysis of the relevant BeppoSAX data. We obtain evidence for a temporary disappearance and subsequent restoring of the inner portion of the accretion disk during the flare from the spectral analysis of the X-ray data. We find a variable power law photon index positively correlated to the variability of the exponential cut-off energy. In addition, frequency and intensity variations of a $\sim$4-5~Hz quasi-periodic oscillation (QPO) are detected during the same time interval. The centroid frequency of the QPO is found to be correlated to the spectral power law photon index, and to the X-ray flux from the disk and the high energy flux from the power law. These observational results are discussed in the framework of the disk-instability model proposed for this source.

研究の動機と目的

• マイクロクェーサーであるGRS 1915+105における電波フレア活動とX線スペクトル変動の関係を調査すること。
• 強い電波フレアに伴い、内側降着円盤構造に変化が生じるかどうかを特定すること。
• フレア中における準周期的振動（QPO）の挙動と、それらがスペクトルパラメータに与える影響を分析すること。
• 銀河系ブラックホール候補の高輝度状態における降着円盤不安定性モデルの予測を検証すること。
• フレア発生時におけるスペクトル指数、カットオフエネルギー、X線輝度、およびQPO周波数の相関関係を確立すること。

提案手法

• BeppoSAX（X線、0.1–300 keV）およびRyle Telescope（電波、15 GHz）を用いた同時多波長観測が実施された。
• BeppoSAXデータからX線光度曲線およびスペクトルエネルギー分布が抽出され、変動性およびスペクトル進化の分析が行われた。
• X線スペクトルに変動するパワー・レイモデルに指数カットオフを適用し、光子指数およびカットオフエネルギーの変化を追跡した。
• X線光度曲線からフーリエ解析を用いて、準周期的振動（QPO）の特徴（周波数および強度）が抽出された。
• QPO周波数、スペクトルパラメータ（光子指数およびカットオフエネルギー）、輝度の間の相関関係が定量的に評価され、物理的関連性が評価された。
• 観測された挙動は、ブラックホール系における降着のディスク不安定性モデルの枠組み内で解釈された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRS 1915+105の内側降着円盤は、電波フレア中にX線スペクトルの変化から示唆されるように一時的に消失するのか？
• RQ2 X線スペクトルパラメータ（光子指数およびカットオフエネルギー）は、電波フレアおよびQPO活動とどのように相関しているのか？
• RQ3 QPO周波数とX線輝度またはスペクトルの硬さの間に測定可能な相関関係があるのか？
• RQ4 観測されたスペクトルおよび時間的変動は、この源における降着円盤不安定性モデルを支持するのか？
• RQ5 内側円盤の同時消失と電波フレアの発生を説明する物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 電波フレア中、X線スペクトルの硬化およびパワー・レイ光子指数の上昇から、内側降着円盤の一時的消失が示唆された。
• フレア中、X線スペクトルパワー・レイ光子指数が指数カットオフエネルギーと正の相関を示した。
• 約4–5 Hzの準周期的振動（QPO）が検出され、そのピーク周波数がスペクトル光子指数およびX線輝度と相関していた。
• QPO周波数は高エネルギーX線輝度およびディスク成分輝度と連動して変化しており、ディスク放射とコンact X線変動との間のダイナミックな関連性を示した。
• 観測されたスペクトルおよび時間的挙動は、熱的および粘性不安定性がディスク構造と放射を制御する降着円盤不安定性モデルと整合的である。
• 同時電波およびX線データは、フレア発生時に内側ディスクが降着フローから一時的に分離する現象を強く支持する証拠を提供した。