[論文レビュー] X-ray reflection in Galactic Black Hole Candidates: smeared edge profiles and resonant Auger destruction

R. R. Ross, A. C. Fabian+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 1995

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 64

ひとこと要約

この論文は、幾何的におもてで、光学的に厚い降着円盤における相対論的放射線輸送を用いて、銀河系ブラックホール候補におけるX線反射をモデル化し、ドップラー幅広げと共鳴的アウガー消失が、強力な蛍光を伴うにもかかわらず鉄Kα線の放射を抑制することを示している。主な結果は、共鳴的アウガー過程が、高イオン化で傾いた円盤における観測された鉄線の弱さを説明できることである。

ABSTRACT

We consider the spectra of Thomson-thick, geometrically-thin accretion discs around Galactic black hole candidates in the reflection model and compute their iron K edges and iron K$α$ lines. We compare the smeared iron K edge profiles that we compute with observation and find them to be a satisfactory description of the data. We find that a combination of Doppler broadening and resonant Auger destruction of line photons can make iron K$α$ lines very difficult to detect in highly ionized inclined discs. We detail the physics of resonant Auger destruction at the level it is currently understood and point out its implications.

研究の動機と目的

• 銀河系ブラックホール候補における鉄Kα線の放射が弱い理由を、強力な蛍光の期待と対照的に説明すること。
• 高イオン化で相対論的に幅広がった鉄K端における線放射の抑制に、共鳴的アウガー消失が果たす役割を調査すること。
• 非局所熱平衡（non-LTE）放射線輸送を用いて、相対論的で光学的に厚い降着円盤におけるぼやけた鉄K端プロファイルをモデル化すること。
• 線の抑制が、高イオン化で傾いた円盤における鉄K線の検出可能性に与える影響を評価すること。
• 共鳴的アウガー過程がX線連星におけるスペクトルフィッティングおよび円盤物理学に与える影響を検討すること。

提案手法

• 非局所熱平衡状態におけるスペクトルを計算するために、Fokker-Planck法を用いた、光学的に厚い放射線輸送コードを用い、非同期的コンプトン散乱を含む。
• 6から20 rgの範囲で、10 M☉のシュバルツシルトブラックホールの周囲に、幾何的におもてなα粘性降着円盤をモデル化する。
• 局所的なマクスウェル分布を有する電子分布を伴う、完全に非局所熱平衡状態のプラズマにおけるイオン化構造と放射線輸送を計算する。
• 相対論的な流れによるドップラー幅広げと、Fe XVIからFe XXIVまでのFeイオンにおける共鳴的アウガー消失を組み込む。
• 宇宙元素分画とガス密度に比例するエネルギー生成を適用する。
• xspecスペクトルフィッティングパッケージを用い、線の光学厚さをドップラー分布と遷移強度から計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ銀河系ブラックホール候補のX線スペクトルにおいて、鉄Kα線の放射が弱いのか、強力な蛍光の期待と対照的であるのか？
• RQ2 ドップラー幅広げと共鳴的アウガー消失が、高イオン化で傾いた円盤における検出可能なKα線の欠如をどの程度説明できるのか？
• RQ3 相対論的円盤におけるぼやけた鉄K端プロファイルは、観測結果とどのように一致するのか？
• RQ4 Fe XVIからFe XXIVまでのFeイオンにおける共鳴的アウガー消失が、蛍光量子効率の低下に果たす役割は何か？
• RQ5 観測されたKα線の欠如が、内側円盤における粘性則や乱流運動を制約できるのか？

主な発見

• 共鳴的アウガー消失により、Fe XVI–XXIVイオンにおけるKα線の蛍光量子効率が約0.48から最低で0.1まで低下し、これにより非検出が説明できる。
• ドップラー幅広げと共鳴的アウガー消失の組み合わせにより、高イオン化で傾いた円盤における鉄Kα線は極めて検出困難になる。
• 計算されたぼやけた鉄K端プロファイルは、観測データとよく一致しており、銀河系ブラックホール候補における反射モデルを支持する。
• 鉄K端は約7.1 keVで始まり、これはFe Iが必須ではないことを示しており、以前の仮定と矛盾する。
• 共鳴的捕獲とアウガー消失は、数個のフォトン平均自由行程以内に発生し、ほとんどが逃げ出す前に線光子が消失する。
• 30 km s⁻¹を超える乱流的流れがあれば、線の光学厚さが十分に低下し、線形成が可能になるため、粘性則との関連が示唆される。