[論文レビュー] The December 2015 re-brightening of V404 Cyg: Variable absorption from the accretion disc outflow

J. J. E. Kajava, S. Motta+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 50被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、2015年12月のブラックホール連星V404 Cygniの再発光を、INTEGRALおよびSwift/XRTデータを用いて調査し、ハードX線フレアが、降着円盤からの噴流に起因する可変的でほぼコンプトン厚い吸収体によって変調されていることを明らかにした。スペクトル的挙動は、初期の2015年6月の活動期と類似しており、吸収とハードX線スペクトルに顕著な変動が見られ、低放射率レベルでも持続的な噴流駆動による遮蔽が生じていることを示している。

ABSTRACT

In December 2015 the black hole binary V404 Cyg underwent a secondary outburst after the main June 2015 event. We monitored this re-brightening with the INTEGRAL and Swift satellites, and in this paper we report the results of the time-resolved spectral analysis of these data. The December outburst shared similar characteristics with the June one. The well sampled INTEGRAL light curve shows up to 10 Crab flares, which are separated by relatively weak non-flaring emission phases when compared to the June outburst. The spectra are well described by absorbed Comptonization models, with hard photon indices, $Γ\lesssim 2$, and significant detections of a high-energy cut-off only during the bright flares. This is in contrast to the June outburst, where the Comptonization models gave electron temperatures mostly in the 30--50 keV range, while some spectra were soft ($Γ\sim 2.5$) without signs of any spectral cut-off. Similarly to the June outburst, we see clear sings of a variable local absorber in the soft energy band covered by Swift/XRT and INTEGRAL/JEM-X, which causes rapid spectral variations observed during the flares. During one flare, both Swift and INTEGRAL captured V404 Cyg in a state where the absorber was nearly Compton thick, $N_ extrm{H} \approx 10^{24}\, extrm{cm}^{-2}$, and the broad band spectrum was similar to obscured AGN spectra, as seen during the "plateaus" in the June outburst. We conclude that the spectral behaviour of V404 Cyg during the December outburst was analogous with the first few days of the June outburst, both having hard X-ray flares that were intermittently influenced by obscuration due to nearly Compton-thick outflows launched from the accretion disc.

研究の動機と目的

• 2015年6月の活動期に続く、V404 Cygniの2015年12月の再発光期におけるX線スペクトル変動を特徴づけること。
• フレア発生時におけるソフトX線バンドでの観測された可変的吸収の原因と性質を調査すること。
• 2015年12月の活動期におけるスペクトル的挙動が、遮蔽およびコンプトン化の観点から2015年6月の活動期と類似しているかどうかを特定すること。
• 低放射率レベルでも継続的に観測される吸収の可変性が、噴流発生機構に与える含意を検討すること。
• 2015年12月の活動期において、Eddington限界の約20％の降着が行われているにもかかわらず、源がソフト状態に遷移しなかったかを評価すること。

提案手法

• 2015年12月の活動期中に取得したINTEGRALおよびSwift/XRTデータを用いた時間分解スペクトル解析。
• 観測スペクトルを吸収されたコンプトン化モデル（特にnthcompモデル）にフィットさせ、光子指数Γ、電子温度kTe、水素吸収光学濃度NHを導出する。
• INTEGRAL/ISGRIの20–65 keV帯およびSwift/XRTの2–10 keV帯における光度曲線を用いてフレアを同定する。
• 吸収体の光学的厚さを測定し、コンプトン厚い状態（τ > 1、対応するNH ≈ 1.5 × 10^24 cm⁻²）に達したかどうかを判定する。
• 2015年6月の活動期で観測された傾向（例：Γ vs. 光度）と比較することで、降着および噴流ダイナミクスの類似性を評価する。
• 高エネルギー端末の存在と、それらが光度および吸収と相関するかを分析し、コンプトン化コロナの性質を推測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V404 Cygniの2015年12月の再発光期におけるスペクトル的挙動は何か？ 2015年6月の活動期とどのように類似しているか？
• RQ2 フレア発生時に観測された急速なスペクトル変動、特にソフトX線バンドにおける原因は何か？
• RQ3 観測されたX線変動のうち、どれくらいが降着円盤からの噴流に起因する可変的でほぼコンプトン厚い吸収体に起因しているか？
• RQ4 2015年6月に遮蔽を引き起こした同じ噴流メカニズムが、12月に低放射率レベルでも吸収変動を説明できるか？
• RQ5 2015年12月の活動期において、Eddington限界の約20％の降着が行われているにもかかわらず、なぜV404 Cygniはソフト状態に遷移しなかったのか？

主な発見

• 2015年12月の活動期では、10個の明確なフレアが観測され、それぞれが弱い非フレア放出期間で分離しており、INTEGRALの高分解能光度曲線により良好にサンプリングされた。
• スペクトルは、硬い光子指数（Γ ≲ 2）と高エネルギー端末を有する、吸収されたコンプトン化モデルで最もよく記述された。
• 1つのフレアでは、吸収体がほぼコンプトン厚い状態に達し、NH ≈ 10^24 cm⁻²に達した。このときの全バンドスペクトルは、遮蔽されたAGNに類似し、2015年6月の活動期で観測された「プラトー」に類似していた。
• 非フレア放出時（約2 × 10⁻¹⁰ erg cm⁻² s⁻¹）を含む、あらゆる放射率レベルで可変的吸収が観測された。これは、低光度でも吸収の可変性が継続していることを示している。
• 2015年12月の活動期におけるスペクトル的挙動は、2015年6月の活動期の初日と類似しており、両者とも降着円盤からの噴流によって変調された硬いフレアを示していた。
• Eddington限界の約20％の降着が行われているにもかかわらず、源はソフト状態や超高輝度状態に遷移しなかった。これは、降着円盤がハード状態においても強い噴流を維持できることを示唆している。