[論文レビュー] The jet/disk symbiosis III. What the radio cores in GRS 1915+105, NGC 4258, M81, and Sgr A tell us about accreting black holes

H. Falcke, Peter L. Biermann|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、等分配仮定を用いて自由パラメータを最小限に抑えた圧力駆動型自由拡散ジェットモデルを提案し、GRS 1915+105、NGC 4258、M81、Sgr A* の4つのブラックホール系の電波核を説明する。モデルはジェット出力のスケーリングのみでジェット出力、サイズ、速度、時間遅れを成功裏に説明し、3つの源でジェットとディスクの輝度が同等であることを示しており、恒星質量ブラックホールから超大質量ブラックホールにかけて共通の駆動機構があることを支持する。

ABSTRACT

We have derived simplified equations for a freely expanding, pressure driven jet model as a function of jet power and applied it successfully to the radio cores in the black hole candidates GRS 1915+105, NGC 4258, and M81 which are observationally well defined systems, and to Sgr A*. By using equipartition assumptions, the model has virtually no free parameters and can explain all sources by just scaling the jet power. In GRS 1915+105 it also naturally explains the jet velocity and the radio time delay. The jet powers we derive for the radio cores of the first three sources are comparable to their accretion disk luminosities, providing further evidence for the existence of symbiotic jet/disk systems and a common engine mechanism also in low-luminosity AGN and stellar mass black holes. With the exception of Sgr A* an advection dominated accretion flow (ADAF) does not seem to be necessary to explain any of the radio cores which span a large range in luminosity and size, as well as in black hole masses and accretion rate---from Eddington to extreme sub-Eddington. We suggest, however, that the jet model can be used to derive minimum accretion rates and thus find that Sgr A* seems to be truly radiatively deficient---even in a starved black hole model---and that a combination of jet and ADAF model may be one possible solution.

研究の動機と目的

• 広範な質量および降着率の範囲をカバーする多様なブラックホール系における電波核の物理的起源を理解すること。
• 各源に対して異なる降着フロー・モデルを必要とせず、1つのジェットモデルが観測された電波核の性質を説明できるかどうかを検証すること。
• 低輝度電波核を説明するために、吸収支配降着流（ADAF）モデルが必要かどうかを評価すること。
• 特に Sgr A* のような静止状態の源において、ジェット出力から最小降着率を推定できるかどうかを特定すること。
• 恒星質量から超大質量ブラックホールにまで及ぶブラックホール系におけるジェットと降着ディスクの共生関係を調査すること。

提案手法

• ジェット出力のみを変数とする簡略化された自由拡散型圧力駆動ジェットモデルを構築する。
• GRS 1915+105（恒星質量ブラックホール）、NGC 4258（メガマーカー系）、M81（低輝度AGN）、Sgr A*（銀河中心の超大質量ブラックホール）という4つの系にモデルを適用する。
• 磁気エネルギーと運動エネルギーの等分配仮定を用いて自由パラメータを排除し、ジェット出力のスケーリングに依存する。
• モデルの予測値を観測された電波核のサイズ、輝度、ジェット速度、時間遅れと比較する。
• モデルを用いてジェット出力から最小降着率を導出し、放射効率を評価する。
• 観測結果と比較することで、広い輝度および質量範囲においてADAFモデルの必要性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量および降着率が著しく異なるブラックホール系の電波核特性を、1つの最小パラメータのジェットモデルが説明できるか？
• RQ2 これらの系における観測されたジェット出力が、それらの降着ディスク輝度と同等であるかどうか。これは、ジェット／ディスクの共生駆動機構を示唆するか？
• RQ3 M81 や Sgr A* のような低輝度系の電波核を説明するために、吸収支配降着流（ADAF）モデルが必要か？
• RQ4 ジェットモデルにより最小降着率を導出可能であり、Sgr A* の放射効率にどのような含意をもたらすか？
• RQ5 GRS 1915+105 における観測された電波時間遅れおよびジェット速度は、提案されたジェットモデルによって自然に説明できるか？

主な発見

• 等分配仮定を用いた圧力駆動ジェットモデルは、自由パラメータを一切用いずに、ジェット出力のスケーリングのみで4つの電波核を説明できた。
• GRS 1915+105、NGC 4258、M81 におけるジェット出力は、それらの降着ディスク輝度と同等であり、ジェット／ディスクの共生駆動機構を支持する。
• モデルはジェット出力の一貫したスケーリングにより、GRS 1915+105 におけるジェット速度および電波時間遅れを自然に説明できる。
• M81 や NGC 4258 の低輝度電波核を説明するために、ADAFモデルは必要ない。これは、低輝度およびEddington未満の降着率にもかかわらず成り立つ。
• Sgr A* は真の放射的非効率性を示しており、飢餓状態ブラックホールモデルでも導かれる最小降着率は、観測されたジェット出力の説明に不十分であるため、ジェットとADAFの併存モデルの必要性が示唆される。
• ジェットモデルは、ブラックホール系全体にわたる最小降着率の推定に一貫性のある枠組みを提供し、Sgr A* が真に放射効率が低い源であることを強調している。