[論文レビュー] Internal shock model for Microquasars

Christian Kaiser, R. Sunyaev+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2000

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、相対論的粒子が準連続的ジェットに沿って伝播する衝撃波によって加速される連続的内部衝撃モデルを微小クェザールに対して提案する。このモデルでは、同期放射が生成され、平坦な電波光曲線と徐々に傾きがきついスペクトルを説明する。モデルは、エネルギー供給レートが離散的プラズモンモデルよりも著しく低いことを示しており、観測結果と低い中心駆動源出力要件を調和させている。

ABSTRACT

We present a model for the radio outbursts of microquasars based on the assumption of quasi-continuous jet ejection. The jets are `lit up' by shock fronts traveling along the jets during outbursts. The observed comparatively flat decay light curves combined with gradually steepening spectral slopes are explained by a superposition of the radiation of the aging relativistic particle population left behind by the shocks. This scenario is the low energy, time-resolved equivalent to the internal shock model for GRBs. We show that this model predicts energy contents of the radiating plasma similar to the plasmon model. At the same time, the jet model relaxes the severe requirements on the central source in terms of the rate at which this energy must be supplied to the jet. Observations of `mini-bursts' with flat spectral slopes and of infrared emission far from the source centre suggest two different states of jet ejections: (i) A `mini-burst' mode with relatively stable jet production and weak radio emission with flat spectra and (ii) an outburst mode with strong variations in the jet bulk velocities coupled with strong radio emission with steeper spectra. We also show that the continuous jets in microquasars should terminate in strong shocks and possibly inflate radio lobes similar to extragalactic jet sources. Finally, we investigate the possibility of testing the predictions of this model with resolved radio observations.

研究の動機と目的

• 微小クェザールの観測された電波噴出を、離散的プラズモン噴出ではなく連続的ジェットモデルによって説明すること。
• プラズモンモデルの限界を是正すること。このモデルは不自然に高いエネルギー供給レートを要し、穏やかなスペクトル傾きの変化を説明できない。
• 微小クェザールの観測的性質を、ガンマ線バーストで用いられる内部衝撃モデルを低エネルギー・時間分解能ジェット活動に適応することで調和させること。
• 連続的ジェットがジェット終端、衝撃形成、および銀河間外源に類似した電波リブの膨張に与える影響を調査すること。
• 空間分解能の高い多周波数電波観測および準安定期における核構造測定を含む、観測的検証を提案すること。

提案手法

• ガンマ線バーストの内部衝撃モデルを微小クェザールに適応し、異なるジェット速度のシェルの界面で衝撃が形成されると仮定する。
• 内部衝撃で加速された相対論的電子からの同期放射をモデル化し、放射スペクトルにエネルギー損失と老化を組み込む。
• 異なる年齢の相対論的粒子集団からの放射の重ね合わせを用いて、噴出期に観測される徐々に傾きがきついスペクトルの変化を説明する。
• 1994年3月のGRS 1915+105の噴出にモデルを適用し、一定の加速レートに続く指数的減衰を用いて光曲線とスペクトル変化をフィットする。
• ジェットと星間物質の相互作用を考慮し、強い終端衝撃と低密度電波リブの膨張を予測する。
• 熱的不安定性がSS433におけるものと類似する場合、ドップラー補正されたX線鉄線およびH-α線が発生する可能性を提唱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微小クェザールの電波噴出における平坦な減衰光曲線と徐々に傾きがきついスペクトルは、離散的プラズモン噴出ではなく連続的ジェットモデルと内部衝撃によって説明可能か？
• RQ2 このような連続的ジェットモデルのエネルギー供給要件は、プラズモンモデルと比べてどうか？中心駆動源の負担は軽減されるか？
• RQ3 安定的「ミニバースト」と変動的噴出という異なるジェット生成モードは、スペクトル形状と粒子加速効率にどのように影響を与えるか？
• RQ4 核から遠く離れた場所での観測された赤外線および電波放射は、連続的ジェットの伝播と衝撃加熱によって説明可能か？
• RQ5 連続的ジェットモデルと離散的プラズモンモデルを区別する観測的シグネチャ（例：分解能の高いジェット構造、拡張放射）は何か？

主な発見

• 内部衝撃モデルは、移動する衝撃波に伴って残された異なる年齢の相対論的粒子からの同期放射の重ね合わせとして、微小クェザール噴出の平坦な減衰光曲線を説明できる。
• 徐々に傾きがきついスペクトルの変化は、相対論的粒子集団の老化によって自然に説明できる。高エネルギー粒子は時間とともにエネルギーを失う。
• モデルは、一定の粒子加速率に続く指数的減衰を仮定するだけでよく、ガンマ線バーストと類似した二シェル内部衝撃シナリオに一致する。
• 放射プラズマのエネルギー要件はプラズモンモデルと同等であるが、中心駆動源が供給すべきエネルギー率は大幅に低くなる。これは、大部分のエネルギーが連続的ジェットに蓄えられるためである。
• 平坦なスペクトルを持つミニバーストおよび核から遠く離れた赤外線放射の観測は、二つの異なるジェットモードを示唆する：弱い衝撃を伴う安定的ミニバーストと、強い衝撃を伴う変動的噴出。
• モデルは、連続的ジェットが強い終端衝撃で終端され、FRII電波銀河に類似した電波リブを膨張させると予測する。このような特徴は、ジェットが古いか再収束する場合、GRS 1915+105のような源で検出可能である可能性がある。