[논문 리뷰] Coupling of the X-ray and radio emission in the black hole candidate a nd compact jet source GX 339-4

S. Corbel, R. P. Fender외 5명|arXiv (Cornell University)|2000. 03. 30.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 블랙홀 후보자 GX 339–4의 저경성-경성 X선 상태 동안 라디오, 연한 X선 및 딱딱한 X선 방출 간에 강력한 3방향 선형 상관관계를 확립한다. 이는 콤파튼화하는 코로나와 밀접한 결합되어 있음을 시사하며, 라디오 방출은 약 2%로 선형 편광되어 있고 안정된 각도를 유지한다. 이는 제트와 블랙홀 스핀 축에 따라 정렬된 선호 축을 나타낸다.

ABSTRACT

We report the results of a long-term campaign of radio, soft- and hard- X-ray observations of the galactic black hole candidate GX 339-4. In the Low-Hard X-ray state the system displays a strong 3-way linear correlation between soft- and hard-X-rays and radio emission, implying a coupling between the Comptonising corona and a radio-emitting compact jet. In this state the radio emission is linearly polarised at a level of around 2 %, with an almost constant polarisation angle, indicative of a favored axis in this system probably related to the compact jet and/or black hole spin axis. In the Off X-ray state the radio emission declines with the X-ray emission to below detectable levels, suggesting that it is simply a lower-luminosity version of the Low-Hard state. In the High-Soft state both the hard-X-ray and radio emission are suppressed. We also note that the transitions from the Low-Hard state to the High-Soft state (and the reverse) are possibly associated with discrete ejection(s) of expanding relativistic plasma.

연구 동기 및 목표

• GX 339–4의 라디오, 연한 X선 및 딱딱한 X선 대역에서의 다파장 행동을 조사하기 위해.
• 저경성-경성 X선 상태에서의 밀집 제트와 콤파튼화하는 코로나 간의 물리적 연결을 규명하기 위해.
• 흡착률 변화와 디스크의 진동이 관측된 상관관계를 이끌어내는 방식을 검토하기 위해.
• 저경성-경성 상태와 고경성-연한 상태 간의 상태 전이의 성격을 평가하고, 제트 분출과의 연관성을 파악하기 위해.
• 스펙트럼 형태, 변동성 및 편광을 포함한 라디오 방출 특성을 특성화하여 제트의 구조를 추론하기 위해.

제안 방법

• 오스트레일리아 전파간섭계 및 몰롱글로 관측소 합성전파망원경을 사용하여 장기간의 다파장 모니터링 캠프인을 수행하여 라디오 관측을 수행하였다.
• RXTE/ASM 및 기타 X선 임무의 동시 X선 관측과 라디오 데이터를 결합하여 광도 상관관계를 분석하였다.
• 라디오 스펙트럼 지수와 변동성 timescale을 분석하여 방출 메커니즘과 제트 특성을 추론하였다.
• 라디오 방출의 선형 편광을 측정하여 자기장 기하학과 제트 방향을 조사하였다.
• X선 빛의 변화 곡선의 스펙트럼 및 타이밍 분석을 통해 다양한 X선 상태에서 소스를 분류하였다.
• 라디오, 연한 X선 및 딱딱한 X선 광도 간의 선형 관계를 정량화하기 위해 상관관계 분석을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저경성-경성 X선 상태에서 GX 339–4의 콤파튼화하는 코로나와 밀집 제트 간에 물리적 결합이 존재하는가?
• RQ2 다양한 X선 상태에서 라디오 방출은 연한 X선 및 딱딱한 X선 광도와 어떻게 상관관계를 가지는가?
• RQ3 관측된 라디오 방출의 선형 편광의 기원은 무엇이며, 이는 시스템 기하학에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 저경성-경성 상태와 고경성-연한 상태 간의 상태 전이는 이산적인 상대론적 플라즈마 분출과 관련이 있는가?
• RQ5 관측된 상관관계는 ADAF 또는 풍성 모델과 같은 기존의 흡착 모델을 어떻게 도전하거나 지지하는가?

주요 결과

• 저경성-경성 X선 상태에서 라디오, 연한 X선 및 딱딱한 X선 광도 간에 강력한 3방향 선형 상관관계가 관측되어 제트와 코로나 간의 근본적인 결합을 시사한다.
• 라디오 방출은 약 2%로 선형 편광되어 있으며, 거의 일정한 편광 각도를 유지한다. 이는 제트와 일치하는 안정된 선호 축이 존재하며, 블랙홀 스핀 축과도 관련되어 있음을 시사한다.
• 라디오 스펙트럼은 평탄하거나 약간의 역전을 보이며, 상대론적 플라즈마로 지속적으로 주입되는 밀집 제트에서 기인한 시냅트론 방출과 일치한다.
• X선 비활성 상태에서는 라디오 방출이 X선 광도와 함께 감소하여 감지 가능한 수준 이하에 도달한다. 이는 저경성 상태의 저광도 형태임을 시사한다.
• 고경성-연한 X선 상태에서는 딱딱한 X선 및 라디오 방출이 억제되며, 이는 이 상태에서 제트가 끄는 것을 나타낸다.
• 저경성-경성 상태와 고경성-연한 상태 간의 전이는 다중 대역 변동 패tern을 통해 분석한 결과, 팽창하는 상대론적 플라즈마의 이산적 분출과 관련되어 있을 가능성이 있다.