[論文レビュー] Morphology of the Light Curves for the X-ray Novae H1743-322 and GX339-4 during their Outbursts in 2005-2019

A. S. Grebenev, Yu. A. Dvorkovich+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 43被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、2005年から2019年までのSWIFT、RXTE、MAXIデータを用いて、ブラックホールX線新星H1743-322およびGX339-4のX線光曲線を分析し、主にハード（H）およびソフト（S）の2種類の活動期間タイプを特定した。さらに、超明るい（U）および中間的（I）な亜型も同定した。著者らは、これらの形態的差異が、冷たく不透明な外側の降着円盤の有無によって決まるという、遮断された降着円盤モデルによって説明可能であることを示した。このモデルでは、外側の冷たい不透明な円盤が存在するか否かが、スペクトル状態遷移と光曲線の形状を決定づける。

ABSTRACT

Based on long-term SWIFT, RXTE, and MAXI observations of the X-ray novae H1743-322 (IGR J17464-3213) and GX339-4, we have investigated the morphology and classified the light curves of their X-ray outbursts. In particular, we have confirmed the existence of two radically different types of outbursts, soft (S) and hard (H), in both sources and revealed their varieties, ultrabright (U) and intermediate (I). The properties and origin of the differences in the light curves of these outbursts are discussed in terms of the truncated accretion disk model.

研究の動機と目的

• 1. 15年間にわたるH1743-322およびGX339-4におけるX線活動期間の形態を分類すること。
• 2. 特に、急上昇・指数的減衰（FRED）型と対称的プロファイルの違いを示す光曲線形状が、異なる活動期間タイプにおいてどのように関連しているかを調査すること。
• 3. 降着状態遷移と光曲線形態を説明するための遮断された降着円盤モデルの妥当性を検証すること。
• 4. 活動期間タイプ（ハード対ソフト）が降着率および円盤の遮断半径のダイナミクスによって決定されるかどうかを特定すること。

提案手法

• 1. H1743-322およびGX339-4の長期的なX線光曲線を、SWIFT、RXTE、MAXI観測データから分析した。
• 2. 光曲線の形状とスペクトル進化に基づき、5つのタイプに活動期間を分類した：ハード（H）、ソフト（S）、超明るい（U）、中間的（I）、および可能性のあるマイクロ活動期間（M）。
• 3. 遮断された降着円盤モデルを適用し、冷たい薄い不透明な外側円盤と、熱く厚い光学的薄い内側円盤の境界に注目して、光曲線形態の違いを解釈した。
• 4. 活動期間全体にわたり、ハード、中間的ハード、ソフト、中間的ソフト、2成分状態といったスペクトル状態遷移を追跡し、光曲線の進化と照合した。
• 5. ソフトバンド（2–4 keV）とハードバンド（15–50 keV）の光曲線を比較し、例えばソフト状態におけるブラックボディ成分の出現といったスペクトル成分の変化を特定した。
• 6. トムソン散乱光学濃度と降着率が、対称的と非対称的光曲線の形成に果たす役割を評価した。特に、GX339-4とH1743-322の比較に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1. 2005年から2019年までのH1743-322およびGX339-4におけるX線活動期間の支配的形態的タイプは何か。また、それらはどのように相違するか。
• RQ2 2. 光曲線形状（例：FRED対対称的プロファイル）は、遮断円盤モデルにおける降着率および円盤遮断半径とどのように関連しているか。
• RQ3 3. 一部の活動期間では、ハード状態からソフト状態への遷移時にソフトバンドで急激な谷が観測されるが、その理由は何か。また、ソフト状態中に観測される微弱なハードX線バーストは、何によって引き起こされるか。
• RQ4 4. 活動期間がハード（H）またはソフト（S/U/I）であるのは、何によって決定されるのか。ピーク降着率か、円盤の歴史か。
• RQ5 5. 冷たく不透明な外側円盤の有無・無しは、X線新星のスペクトル的および光曲線的進化にどのように影響を与えるか。

主な発見

• 1. 本研究では、H1743-322およびGX339-4の両者に共通して観測された、主にハード（H）およびソフト（S）の2つの活動期間タイプに加え、超明るい（U）および中間的（I）な亜型が確認された。
• 2. 光曲線形態は、遮断された降着円盤モデルによって説明できる。ソフト活動期間（S、U、I）では、冷たく不透明な外側円盤が存在し、ブラックボディ成分を発生させる。一方、ハード活動期間（H）では、この成分が欠落している。
• 3. ソフト活動期間の段階IIにおいてブラックボディ成分が出現することは、ハードX線フラックスの急激な低下と関連しており、これは円盤内縁の内向き移動を示唆している。
• 4. ハードスペクトル状態（段階IおよびIII）では、ソフトX線成分は冷たい円盤からのものではなく、熱い内側円盤におけるコンプトン化によって生じるハードパワー則スペクトルの延長である。これは、ソフトバンドとハードバンドのスペクトルが類似していることから示された。
• 5. GX339-4では、高い活動期間の強度と支配的なトムソン散乱光学濃度により、ほぼ対称的な光曲線が観測された。これに対して、H1743-322では急上昇・緩やか減衰（FRED）型のプロファイルが観測された。
• 6. GX339-4のソフト活動期間の段階IIにおいて観測される微弱な15–50 keVバンドのハードX線バーストは、円盤内縁付近の温度上昇または一時的な高温コロナの形成に起因する可能性があり、内側円盤の複雑なダイナミクスを示唆している。