[論文レビュー] The 1-12 Hz QPO and dips in GRS 1915+105: tracers of Keplerian and viscous time scales?

S. Trudolyubov, E. Churazov+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、マイクロクェザー GRS 1915+105 における 1–12 Hz の準周期的振動（QPO）とスペクトル的ダプの関係を調査し、QPO周波数の変動が内側のディスク境界の変化に伴う粘性時間スケールをトレースしていると提案している。著者らは、QPO周波数とハードスペクトル状態の持続時間の間できわめて強い相関関係を発見した。これは、ケプラーディスク周波数がQPO周波数と一致する半径における粘性進化スケールと整合的であり、QPOがディスク・コンプトン化境界の粘性駆動によるモード変動に起因する可能性を示唆している。

ABSTRACT

We analysed 9 RXTE/PCA observations of GRS 1915+105 in the flaring state, when the hardness of the source spectrum was changing on the time scales from few seconds up to 1000 seconds. The quasi periodic oscillations (QPOs) with the frequency varying between ~ 1 and 12 Hz are associated with the episodes of harder source spectrum. In each observation we found tight correlation between the duration of the hard episode and the characteristic QPO frequency. For a half of the observations this correlation matches the relation between the viscous time scale and the Keplerian frequency, when both quantities are evaluated for various radii in the radiation pressure dominated accretion disk. Assuming that the QPO frequency is proportional to the Keplerian frequency at the boundary between an optically thick accretion disk and a hot comptonization region, the changes of the QPO frequency can then be understood as due to variations of this boundary position on the viscous time scales.

研究の動機と目的

• マイクロクェザー GRS 1915+105 in 1–12 Hz の準周期的振動（QPO）の物理的起源を理解すること。
• RXTE/PCA データで観測されたハードスペクトル状態の持続時間と QPO 周波数の関係を調査すること。
• 観測された QPO 周波数の変動が、放射圧支配の降着ディスクにおける粘性時間スケールと相関しているかどうかを検証すること。
• QPO 周波数が、冷たいディスクと高温のコンプトン化領域の境界におけるケプラーディスク周波数と関連しているかどうかを特定すること。
• QPO のメカニズムが、内側ディスク境界の粘性的進化によって駆動されているかどうかを検討すること。

提案手法

• フレア状態の GRS 1915+105 における 9 件の RXTE/PCA 観測データを分析し、スペクトルの硬さと時間的変動に注目した。
• ハードスペクトルエピソードの持続時間の測定と、それに伴う QPO 周波数との相関関係を評価した。
• 放射圧支配の降着ディスクにおけるさまざまな半径での粘性時間スケール τ_vis = r² / (3ν) とケプラーディスク周波数 f_K = (GM/r³)¹ᐟ² を計算した。
• 観測された QPO 周波数と持続時間の相関関係を、理論的な粘性時間スケールとケプラーディスク周波数の関係と比較した。
• QPO 周波数が内側ディスク境界におけるケプラーディスク周波数に比例すると仮定し、QPO が境界位置の粘性的進化をトレースしていると解釈した。
• スペクトル的および時間的データを用いて、光学的厚いディスクと高温のコンプトン化コロナの間の遷移領域の位置を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRS 1915+105 において、ハードスペクトル状態の持続時間と 1–12 Hz QPO の周波数の間に相関関係があるか？
• RQ2 観測された QPO 周波数の変動は、内側降着ディスクにおける粘性時間スケールによって説明可能か？
• RQ3 QPO 周波数が内側ディスク境界におけるケプラーディスク周波数を追跡しているかどうか、すなわちディスクの力学的要因と物理的関連があるか？
• RQ4 QPO 周波数とハード状態持続時間の観測された相関関係は、ディスク境界の粘性的進化と整合的か？
• RQ5 観測された QPO を生じさせる物理的メカニズムは何か。また、それは降着ディスク構造とどのように関連しているか？

主な発見

• 分析した RXTE 観測の半数において、ハードスペクトルエピソードの持続時間と QPO 周波数の間できわめて強い相関関係が確認された。
• QPO 周波数とハード状態持続時間の観測相関関係は、放射圧支配の降着ディスクにおける半径ごとの理論的関係（粘性時間スケールとケプラーディスク周波数の関係）と一致した。
• QPO 周波数は、冷たいディスクと高温のコンプトン化領域の境界におけるケプラーディスク周波数に比例すると解釈された。
• QPO 周波数の変動は、粘性時間スケールに従って内側ディスク境界の位置が変化することに起因すると説明された。
• 結果は、QPO が降着ディスクの内側端における粘性プロセスによって駆動されるモード変動に起因するモデルを支持している。
• 本研究は、QPO が基本的なディスク時間スケールと関連している観測的証拠を提供し、QPO と降着ディスク物理学の間の物理的関連を示唆している。