[論文レビュー] Jets from Galactic binaries

Thomas J. Maccarone|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2012

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、銀河系X線連星におけるディスク-ジェット接続をレビューし、硬い状態では降着レートに起因するジェット駆動力によって電波およびX線の輝度が相関することを示している。中性子星では境界層の物理がその相違を説明できる。X線放射は硬い状態でジェットではなく、熱的Compton化によって生じると主張し、INTEGRALのようなソフトガンマ線ミッションにおける未解決の問題を強調している。

ABSTRACT

I present a brief review of the properties of jets from X-ray binaries, highlighting the disk-jet connection, in which there are strong correlations between X-ray and radio power for black holes and for neutron star in low/hard spectral states, and reduced emission in soft states. I discuss how some of the new "deviant" black hole systems which follow the relation normally found for neutron stars might fit into such a picture. I close by highlighting a few open questions which might be best addressed with soft gamma-ray observations.

研究の動機と目的

• X線連星における降着ディスクの状態とジェット生成の物理的メカニズムの理解を図ること。
• 特にソフトスペクトル状態において、ブラックホールと中性子星系の間でジェット行動に見られる不一致を解明すること。
• ブラックホールスピンまたは中性子星内の磁場が、ジェット駆動力において支配的役割を果たすかどうかを評価すること。
• ソフトガンマ線観測によって解明可能なジェット物理学における主要な未解決問題を特定すること。
• 低・硬い状態の連星におけるX線放射がジェットに基づくモデルによって説明可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 異なるスペクトル状態における銀河系X線連星からのX線および電波光曲線およびスペクトルエネルギー分布の分析。
• ブラックホール連星では $ L_R \propto L_X^{0.7} $ の電波-X線相関関係を適用し、中性子星系では $ L_R \propto L_X^{1.4} $ の関係と比較する。
• 円錐形で自己吸収されたジェットを想定し、シンクロtron理論を用いてジェットの運動エネルギーと電波輝度の関係をモデル化する。
• 吸収効率が低いX線放射を硬い状態で説明するための吸収優勢降着流（ADAF）の役割を評価する。
• X線と赤外線の変動をクロス相関させ、ジェット構造および発光領域の移動時間の推定を行う。
• 一時的噴出期におけるX線スペクトル特徴（例：対消滅ライン）の欠如を評価し、ジェットの組成を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ中性子星X線連星ではソフト状態において強い電波放射を示すのに対し、ブラックホール系ではそうではないのか？
• RQ2 低・硬い状態のX線連星におけるX線放射は、ジェット由来であるのか、それとも降着流内の熱的Compton化由来であるのか、どの程度の割合で発生しているのか？
• RQ3 理論で予測されているように、ブラックホールスピンがジェット駆動力に顕著に影響を与えるのか？
• RQ4 中性子星における境界層の物理は、ブラックホールと比較してより急勾配の電波/X線相関を説明できるのか？
• RQ5 ソフトガンマ線観測によって、状態遷移期にペア対消滅ラインのようなジェット関連の特徴を検出可能か？

主な発見

• ブラックホールX線連星における電波/X線相関は $ L_R \propto L_X^{0.7} $ に従い、ジェット駆動力が降着レートに線形に比例し、放射効率が低い降着状態と整合的である。
• 中性子星系では、硬い状態で放射効率が高いX線放射のため、$ L_R \propto L_X^{1.4} $ に従い、境界層駆動ジェットによりソフト状態で強い電波放射を示す。
• 恒常的にソフトなブラックホール4U 1957+11は、硬い状態の関係から予測される電波輝度のおよそ300倍も低い電波輝度を示しており、ジェットモデルに挑戦する。
• X線連星における赤外線変動はX線変動よりも約0.1秒遅れ、ジェット由来の放射を示し、時間遅れを用いたジェット構造のマッピングが可能である。
• ソフト状態から硬い状態への遷移期に、X線の急激な低下が観測されないことは、硬い状態におけるX線放射の主因がジェットではないことを示唆する。
• ブラックホールスピンの指標とジェット駆動力との間に顕著な相関は認められず、スピンがこれらの系におけるジェット活動の主要因でない可能性を示唆する。