[論文レビュー] X-ray observations of the isolated black hole candidate OGLE-2011-BLG-0462 , and other collapsed objects discovered through gravitational microlensing

S. Mereghetti, L. Sidoli+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2022

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 37被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、Chandra、XMM-Newton、INTEGRALのデータを用いて、孤立したブラックホール候補であるOGLE-2011-BLG-0462に対する最初のX線上限を提示している。観測されたX線放射度は、ブラックホールに予想される低効率の降着と整合的であり、質量や性質についての議論が続く中でも、中性子星解釈を排除するものである。

ABSTRACT

Isolated black holes and neutron stars can be revealed through the observation of long duration gravitational microlensing events. A few candidates have been found in surveys of stars in the direction of the Galactic bulge. Recently, thanks to the addition of astrometric information at milliarcsecond level, it has been possible to reduce the uncertainties in the masses and distances for some of these "dark" gravitational lenses and select the most promising candidates. These isolated compact objects might emit X-rays powered by accretion from the interstellar medium. Using data of the Chandra, XMM-Newton, and INTEGRAL satellites, we searched for X-ray emission in the isolated black hole candidate OGLE-2011-BLG-0462, and in several other putative collapsed objects found with gravitational microlensing. OGLE-2011-BLG-0462 has been recently interpreted as a 7.1 M_sun black hole at a distance of 1.6 kpc, although a different group obtained a mass range (1.6-4.4 M_sun) that cannot exclude a massive neutron star. We have derived upper limits on the flux from OGLE-2011-BLG-0462 of 9$ imes10^{-15}$ erg cm$^{-2}$ s$^{-1}$ in the 0.5-7 keV range and $\sim2 imes10^{-12}$ erg cm$^{-2}$ s$^{-1}$ in the 17-60 keV range. The implied X-ray luminosity is consistent with the small radiative efficiency expected for a black hole and disfavours a neutron star interpretation. Limits down to a factor about five lower are obtained for the soft X-ray flux of other candidates, but their interpretation is affected by larger uncertainties in the masses, distances and spatial velocities.

研究の動機と目的

• 孤立した恒星質量ブラックホールおよび中性子星が、銀河間物質からのX線放射によって検出可能かどうかを検証すること。
• 質量や性質について議論の余地があるOGLE-2011-BLG-0462—7.1 M⊙のブラックホールか、大質量の中性子星か—をX線観測によって解明すること。
• マイクロレンズ効果によって得られたコンパクト物体候補、特にOGLE-2011-BLG-0462に対して、現在最もきついX線放射度上限を確立すること。
• 空間速度と距離の不確実性が、孤立したコンパクト物体の降着率推定に与える影響を評価すること。
• マイクロレンズ効果によるコンパクト物体のサンプルに対して高感度X線上限を収集し、将来的な統計的分析を可能にすること。

提案手法

• マイクロレンズイベント OGLE-2011-BLG-0462 および他のコンパクト物体候補に対して、Chandra、XMM-Newton、INTEGRALのアーカイブX線データを取得・分析した。
• OGLE-2011-BLG-0462のソフトX線放射度上限（0.5–7 keV帯で9×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹）およびハードX線上限（17–60 keV帯で約2×10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹）を計算した。
• ボンディ降着モデルを用いて、質量、半径、速度に基づく予想されるX線光度を、ブラックホールおよび中性子星の両方のシナリオで推定した。
• X線放射度上限を銀河間物質密度–空間速度平面に投影し、各候補の環境を制限した（MNS = 1.4 M⊙、RNS = 10 km、λ = 1を仮定）。
• ソフトおよびハードX線上限を統合して、異なる銀河間物質吸収条件のもとでの制限の頑健性を評価した。
• 統計的モデリングを適用し、特にOGLE-2011-BLG-0462の中性子星解釈において、レンズ質量、距離、横方向速度の不確実性を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立したコンパクト物体 OGLE-2011-BLG-0462 は、X線非検出に基づいてブラックホールか中性子星と解釈できるか？
• RQ2 マイクロレンズ効果によるコンパクト物体候補、特に OGLE-2011-BLG-0462 に対して、現在最もきついX線放射度上限は何か？
• RQ3 空間速度および距離の不確実性は、孤立したコンパクト物体の推定降着率およびX線光度にどのように影響を及えるか？
• RQ4 光学的または電波的対応物が存在しない状況で、X線観測はブラックホール候補と中性子星候補を区別できるか？
• RQ5 X線上限は、孤立したコンパクト物体周辺の局所的銀河間物質密度にどのような制限を課すか？

主な発見

• OGLE-2011-BLG-0462のソフトX線放射度上限は、0.5–7 keV帯で9×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹であり、ブラックホールに予想される低効率降着と整合的である。
• 17–60 keV帯のハードX線放射度上限は約2×10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹であり、吸収に依存しない制限を提供し、密度の高い分子雲環境でも適用可能である。
• X線放射度上限は、OGLE-2011-BLG-0462に対して中性子星解釈を否定する。典型的な空間速度を持つ中性子星では、予想される放射度が観測上限を上回るため、非常に低密度環境にない限り成立しない。
• OGLE-2011-BLG-0462では、空間速度が100 km s⁻¹未満であれば、銀河間物質密度は約10 cm⁻³未満であるとされ、これは密度の高い分子雲内またはその近傍に存在しないことを示唆する。
• 本研究は、マイクロレンズ効果によって得られたコンパクト物体候補に対して、これまでで最もきついX線放射度上限を提供しており、ソフトX線では従来の推定値の5分の1まで低下している。
• 速度–密度平面における放射度上限の相対的位置は、主に源の空間速度によって決定され、速度の不確実性が降着モデルにおいて極めて重要な役割を果たすことが示された。