[論文レビュー] The Be/X-ray transient 4U 0115+63/V635 Cas: II. Outburst mechanisms

I. Negueruela, Atsuo T. Okazaki+4 more|ArXiv.org|Jan 12, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 61

ひとこと要約

本稿では、Be/X線連星 4U 0115+63/V635 CasにおけるタイプII X線増光が、中性子星との潮汐的截断および共鳴相互作用によって引き 触発される、粘性降着円盤内の大規模な動的不安定性によって駆動されていると提唱する。円盤は約3–5年間の準周期的成長と破壊を繰り返し、歪みと歳差運動が引き起こす線幅の変動と、顕著な円盤歪みが生じた後でのみ増光が発生する。これは、中性子星近傍での局所的物質噴出に基づくモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

We present multi-wavelength long-term monitoring observations of V635 Cas, the optical counterpart to the transient X-ray pulsar 4U0115+63. The evolution of emission lines and photometric magnitudes indicates that the Be star undergoes relatively fast (~ 3-5 yr) quasi-cyclic activity, losing and reforming its circumstellar disc. We show that the general optical, infrared and X-ray behaviour can be explained by the dynamical evolution of the viscous circumstellar disc around the Be star. After each disc-loss episode, the disc starts reforming and grows until it reaches the radius at which the resonant interaction of the neutron star truncates it. At some point, the disc becomes unstable to (presumably radiative) warping and then tilts and starts precessing. The tilting is very large and disc precession leads to a succession of single-peaked and shell profiles in the emission lines. Type II X-ray outbursts take place after the disc has been strongly disturbed and we speculate that the distortion of the disc leads to interaction with the orbiting neutron star. We discuss the implications of these correlated optical/X-ray variations for the different models proposed to explain the occurrence of X-ray outbursts in Be/X-ray binaries. We show that the hypothesis of mass ejection events as the cause of the spectacular variability and X-ray outbursts is unlikely to be meaningful for any Be/X-ray binary.

研究の動機と目的

• Be/X線連星 4U 0115+63/V635 CasにおけるタイプII X線増光の起源を理解すること。
• V635 Casの周囲円盤の長期的進化と、その光学的・X線的変動との相関を調査すること。
• 円盤の不安定性、たとえば歪みや歳差運動が、観測された増光行動および線幅変動をどのように説明できるかを検証すること。
• 潮汐的截断と粘性降着が、円盤の力学的挙動と降着行動に与える役割を評価すること。
• 増光が中性子星近傍での局所的物質噴出または質量損失の増加に起因するとする代替モデルを検討すること。

提案手法

• 10年間にわたり、複数の望遠鏡を用いた光学および赤外光度測定および光学スペクトロスコピーによる、V635 Casの多波長長期モニタリング。
• Hαなどの発光線幅の解析により、円盤の幾何学的変化（二重ピーク、単一ピーク、シェル、吸収線幅など）を追跡すること。
• 角運動量輸送が粘性および潮汐力によって支配される粘性降着円盤としての周囲円盤のモデル化。
• 中性子星との共鳴相互作用に起因し、4:1共鳴半径（半長径の0.39倍）を截断半径として用いる。
• 円盤安定性理論を用いて、歪みや歳差運動を引き起こす過不安定なグローバル1振動モードの有無を評価すること。
• 光学的円盤状態の変化とX線増光活動の相関を分析し、円盤力学とX線挙動の因果関係を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V635 Casにおける周囲円盤の準周期的形成と破壊の原因は何であり、その周期はどの程度か？
• RQ2 降着円盤の歪みと歳差運動が、観測された発光線幅の変動（例：V/Rスイッチング）をどのように引き起こすか？
• RQ3 なぜタイプII X線増光は、顕著な円盤歪みが生じた後でのみ発生するのか？降着の開始を引き起こす要因は何か？
• RQ4 粘性降着円盤モデルが、観測されたX線および光学光曲線および線幅の進化をどの程度説明できるか？
• RQ5 中性子星近傍での物質噴出または質量損失の増加が、この系におけるタイプII増光の妥当な説明であるとみなせるか？

主な発見

• V635 Casの周囲円盤は、約3–5年という時間スケールで準周期的に形成と破壊を繰り返しており、これは粘性時間スケールの予測と一致する。
• 円盤は、4:1共鳴半径（半長径の0.39倍）で潮汐的截断されており、通常状態では安定した降着が不可能である。
• グローバル1振動モード不安定性によって引き起こされる円盤の歪みと歳差運動が、発光線幅の顕著な変化を引き起こし、二重ピークからシェル線および吸収線幅への遷移を伴う。
• タイプII X線増光は、円盤が大規模な動的不安定性（顕著な歪みや傾き）を経験した後でのみ発生するため、増光は円盤の幾何学的変化によって引き起こされ、中性子星近傍の局所的プロセスとは無関係である。
• 円盤の歳差運動とX線増光の観測された相関関係は、中性子星が円盤が顕著に歪み、内側縁がもはや安定でなくなった場合にのみ物質を降着するというモデルを支持する。
• 本研究では、中性子星近傍での物質噴出または質量損失の増加が増光の原因であるという仮説を否定し、代わりに円盤が物質を貯蔵し、大規模な不安定性が突然の降着を引き起こすという説明を支持する。