[論文レビュー] Super-Keplerian Equatorial Outflows in SS 433. Centrifugal Ejection of the Circumbinary Disk

Idel Waisberg, Jason Dexter+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 40被引用数 4

ひとこと要約

VLTI/GRAVITY干渉計を用いて、この研究ではSS 433の近赤外Brγ線を解像し、極めて高い単位質量角運動量を示す超ケプラーダイナミクスの赤道噴流を明らかにした。これは、周_binaryディスクの遠心的放出であると解釈される。噴流はジェットの進動に対して後退的であるため、二重星系から効率的な角運動量の転送が行われており、広がった線幅放出および電波観測で得られた赤道構造を説明できる。

ABSTRACT

The microquasar SS 433 is the only known steady supercritical accretor in the Galaxy. It is well-known for its relativistic baryonic jets, but the system also drives equatorial outflows. These have been routinely detected in radio images, and components associated with a circumbinary disk have also been suggested in optical emission lines. We wish to spatially resolve the regions producing the stationary emission lines of SS 433 to shed light on its circumbinary structure and outflows. With an estimated binary orbit size $\lesssim 0.1 ext{ mas}$, this requires optical interferometry. We use the optical interferometer VLTI+GRAVITY to spatially resolve SS 433 in the near-infrared K band at high spectral resolution ($R\approx 4000$) on three nights in July 2017. The stationary Br$γ$ line is clearly dominated by an extended $\sim 1 ext{ mas} \sim 5 ext{ AU}$ circumbinary structure perpendicular to the jets and with a strong rotation component. The rotation direction is retrograde relative to the jet precession, in accordance with the slaved disk precession model. The structure has a very high specific angular momentum and is too extended to be a stable circumbinary disk in Keplerian rotation; interpreting it as such leads to a very high enclosed mass $M \gtrsim 400 M_{\odot}$. We instead interpret it as the centrifugal ejection of the circumbinary disk, with the implication that there must be an efficient transfer of specific angular momentum from the binary to the disk. We suggest that the equatorial outflows sometimes seen in radio images result from similar episodes of circumbinary disk centrifugal ejection. In addition to the equatorial structure, we find a very extended $\sim 6 ext{ mas} \sim 30 ext{ AU}$ spherical wind component to the Br$γ$ line: the entire binary is engulfed in an optically thin spherical line emission envelope.

研究の動機と目的

• SS 433の定常的線幅放出の起源を空間的に解像し、周二重星構造および噴流を調べること。
• 高分解能干渉計を用いて近赤外域のBrγ線幅放出の運動学および幾何学的構造を特定すること。
• 広がった線幅放出がケプラーダイナミクスのディスクか、非ケプラーダイナミクスの遠心的放出構造かを検証すること。
• 電波観測で得られた赤道噴流と近赤外線幅放出構造との関連を調査すること。
• 周二重星領域に閉じ込められた質量および角運動量を制約し、標準的なケプラーディスクモデルに挑戦すること。

提案手法

• 2017年7月に3夜にわたり、VLTI/GRAVITYを用いてKバンドで高スペクトル分解能（R ≈ 4000）の光学干渉計観測を実施した。
• Brγ線全域にわたるモデルに依存しない重心解析を実施し、線幅放出成分の空間的起源を特定した。
• 点源（降着ディスク＋被食星）、赤道ディスク／噴流、球状風成分の組み合わせでデータをフィットした。
• 運動学的モデリングにより、赤道構造の回転速度、位置角、および速度分散を導出した。
• 観測された運動学と整合性があるかを検証するため、ケプラーダイナミクスを仮定して閉じ込められた質量を計算した。
• 2016年のGRAVITY観測結果と比較し、噴流構造の変動を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SS 433の定常的Brγ線幅放出の空間的起源および運動学的構造は何か？
• RQ2 広がった赤道線幅放出はケプラーディスクか、非ケプラーダイナミクスの噴流か、どちらと整合するか？
• RQ3 赤道構造の単位質量角運動量は何か？ そして、二重星系と比較するとどうなるか？
• RQ4 噴流の幾何学的および運動学的構造は、進動する相対論的ジェットとどのように関係しているか？
• RQ5 超ケプラーダイナミクスの回転を示す物質の放出を引き起こすメカニズムは何か？ そして、電波観測で得られた赤道噴流とどのように関連しているか？

主な発見

• Brγ線幅放出は、ジェットに垂直な方向に約1 mas（～5 AU）の広がった赤道構造に支配されており、ジェットの進動に対して後退的回転を示している。
• 赤道構造は、二重星成分のそれよりも約10倍高い単位質量角運動量を示しており、安定なケプラーディスクとは考えられない。
• この構造をケプラーディスクと解釈すると、不自然に高い閉じ込められた質量（約400 M☉）を要することになり、非ケプラーダイナミクスの運動が支配的であると示唆される。
• データは、周二重星ディスクからの遠心的放出モデルを支持しており、二重星からディスクへの効率的な角運動量の転送が行われていると示唆される。
• 別個の広がった球状風成分（～6 mas、～30 AU）が検出され、高速な線幅（>1000 km/s）を担っている。
• 2016年の観測ではジェットに沿った双極的噴流が観測されたが、2017年のデータでは支配的な赤道構造が観測されたことから、ディスクの断続的放出が示唆される。