[論文レビュー] Temporal Evolution of X-ray Lags in Cygnus X-1

K. Pottschmidt, J. Wilms+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、1996年および1998年のRXTEデータを用いて、てんぐ座X-1におけるX線時間遅れを調査し、硬いX線状態と軟らかいX線状態の間の状態遷移中に、状態そのものよりも顕著に大きな可変的遅れが発生することを明らかにした。この増幅された遅れは、電波フレアに関連する一時的で非指向性の噴流または噴出物におけるコンプトン散乱に起因すると提唱され、静的コロナモデルに反するものであり、遷移期におけるジェット関連の散乱が主要なメカニズムである可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present the long term evolution of the frequency-dependent X-ray time lags of the black hole candidate Cygnus X-1 as measured in 1996 and 1998 with the Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE). Lag spectra measured during the 1996 June soft state are very similar to those seen during 1996 December and most of 1998 while Cyg~X-1 was in its hard state. During state transitions, however, the shape and magnitude of the X-ray lag is highly variable and tends to be much larger than outside of the state transitions. This behavior is most obvious in the 1--10 Hz band. The increase of the X-ray lag during the state transitions might be related to the formation and destruction of the synchrotron radiation emitting outflows present during the hard state.

研究の動機と目的

• てんぐ座X-1におけるX線時間遅れの時間的変化を、さまざまな降着状態において理解すること。
• 軟らかい状態と硬い状態における観測された遅れの乖離、特に遷移期に顕著に大きな遅れが生じる理由を解明すること。
• 観測された遅れの挙動が、静的コンプトン化コロナモデルで説明可能かどうかを検証すること。
• X線遅れの変動性と状態遷移期における電波フレアおよびジェット噴出活動の物理的関連性を特定すること。

提案手法

• 1996年および1998年のRXTE PCAおよびASMデータを分析し、状態遷移期および定常状態における3-ksおよび30-ks観測に焦点を当てた。
• 軟らかい（≤4 keV）および硬い（8–13 keV）X線バンド間の周波数依存時間遅れを計算することで、遅れパワースペクトルを構築した。
• データリダクションには標準のftools 4.2ソフトウェアを用い、バックグラウンドスクリーニングは電子比に基づき、観測あたり約2 ksの有効データを保持した。
• 特に1–10 Hz帯で遷移期の遅れが顕著であったことから、異なる状態間での遅れスペクトルを比較した。
• Zhangら（1997年）およびBrocksoppら（1999年）の外部電波モニタリングデータを用いて、遅れ挙動と電波フレア・状態遷移イベントの相関を分析した。
• 遷移期に一時的で非指向性の噴流が発生し、それらによるコンプトン散乱が増幅された遅れを生じるとする動的モデルを提唱した。これは硬い状態における安定ジェットとは明確に異なる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜてんぐ座X-1のX線時間遅れは、定常的な硬い状態や軟らかい状態よりも、状態遷移中に顕著に増大するのか？
• RQ2 遷移期に観測された遅れスペクトルは、静的コンプトン化コロナモデルで説明可能か、それとも動的噴流の寄与が必要か？
• RQ3 観測された増幅された遅れと、状態遷移期に観測された電波フレアの間に物理的関連性があるか？
• RQ4 軟らかい状態における遅れの大きさとスペクトル形状は、硬い状態とどのように異なり、コロナサイズにどのような示唆を含むか？
• RQ5 一時的で非指向性の噴流や噴出物は、観測された時間遅れをどのように生じさせているのか？また、安定した硬い状態のジェットとはどのように異なるか？

主な発見

• 1996年6月の軟らかい状態と1998年の硬い状態における遅れスペクトルは非常に類似しており、これらの定常状態においても同様の固有の遅れ特性が存在することを示している。
• 状態遷移期、特に1996年5月の硬い状態から軟らかい状態への遷移期には、6 Hzで定常状態と比較して遅れがほぼ10倍に増大した。
• 最大の遅れは1–10 Hz帯に観測され、特に噴流の形成および崩壊に伴う遅れの急増が顕著であった。
• 1998年7月の「失敗した状態遷移」は電波フレアと一致しており、噴流と遅れの増大との関連を裏付けるものであった。
• 軟らかい状態と硬い状態の遅れスペクトルの類似性は、軟らかい状態に著しく小さいコロナを仮定するモデルを挑戦しており、動的モデルの必要性を示唆している。
• 遷移期に観測された増幅された遅れは、静的コロナ内での散乱ではなく、一時的で非指向性の噴流または噴出物におけるコンプトン散乱によって最もよく説明できる。