[논문 리뷰] Infrared and millimeter observations of the galactic superluminal source GRS 1915+105

S. Chaty, I. F. Mirabel외 3명|arXiv (Cornell University)|1996. 12. 31.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 은하계 초광속 천체 GRS 1915+105의 적외선 및 밀리미터 파장 관측을 통해 그 운동학적 거리를 12.5 ± 1.5 kpc로 결정하고, 은하수에서 가장 빛나는 X선 천체임을 확인한다. 이 천체는 강한 적외선 변동성을 보이며, 밝기, 색깔, 변동성 면에서 SS 433과 유사하여, 블랙홀 또는 중성자별과 두꺼운 적출 디스크를 가진 고질량 이중성계임을 시사한다.

ABSTRACT

Millimeter observations of the galactic source of relativistic ejections GRS 1915+105 (Mirabel & Rodriguez 1994) are consistent with this source being at a kinematic distance D = 12.5 +/- 1.5 kpc from the Sun, behind the core of a molecular cloud at 9.4 +/- 0.2 kpc. At this distance, GRS 1915+105, frequently radiating nearly 3 x 10^{38} erg/s in the X-rays, becomes the most luminous X-ray source in the Galaxy. The total hydrogen column density Nh = 4.7 +/- 0.2 x 10^{22} cm-2 along the line of sight corresponds to a visual absorption Av = 26.5 +/- 1 magnitude. The infrared counterpart of GRS 1915+105 exhibits in the 1.2 micrometre - 2.2 micrometre band variations of nearly 1 magnitude in a few hours and of nearly 2 magnitudes over longer intervals of time. In the infrared, GRS 1915+105 is strikingly similar to SS 433, and unlike any other known stellar source in the Galaxy. The infrared resemblance in absolute magnitude, color, and time variability, between these two sources of relativistic ejections suggests that GRS 1915+105, as SS 433, consists of a collapsed object (neutron star or black hole) with a thick accretion disk in a high-mass-luminous binary system.

연구 동기 및 목표

• GRS 1915+105의 운동학적 거리를 선로 상의 분자 기체 밀리미터 관측을 통해 시스템 속도 측정을 통해 추정한다.
• 1.2–2.2 µm 대역에서의 적외선 광도 측정을 통해 수시간 내외 및 수일 간의 밝기 변화를 모니터링한다.
• 선로 상의 X선 및 적외선 투과도 측정을 통해 수소 열량 밀도 (Nh)를 유도하며, 표준-dust 투과도 법칙을 사용해 시각적 투과도 (Av)를 계산한다.
• 등방성 방출을 가정하고 흡수 보정을 거쳐 기록된 X선 자료에서 X선 빛나는 정도를 추정한다.
• 적외선 특성 면에서 SS 433과의 비교 분석을 통해 물리적 구조 및 방출 메커니즘의 유사성을 추론한다.
• 다중파장 행동을 기반으로 GRS 1915+105의 중심 엔진의 성격을 제약한다.

제안 방법

• GRS 1915+105 방향으로의 CO(1-0) 복사 관측을 통해 시스템 속도 측정을 통해 운동학적 거리를 추정한다.
• 1.2–2.2 µm 범위에서의 적외선 광도 측정을 수행하여 수시간 내외 및 수일 간의 밝기 변화를 모니터링한다.
• 수소 열량 밀도 (Nh)는 X선 및 적외선 투과도 측정을 통해 유도되었으며, 시각적 투과도 (Av)는 표준 먼지 투과도 법칙을 사용해 계산되었다.
• X선 빛나는 정도는 기록된 X선 자료에서 등방성 방출을 가정하고 흡수 보정을 거쳐 추정되었다.
• 적외선에서의 절대 등급, 색인수, 변동성 시간 스케일을 기반으로 SS 433과의 비교 분석을 수행하였다.
• 관측된 분자 기체의 구조 및 속도 기울기와 소스의 경사 속도를 비교하여 운동학적 거리의 타당성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GRS 1915+105의 은하계 초광속 천체에 대한 밀리미터 파장 관측을 통해 주변 분자 기체의 관측을 기반으로 한 운동학적 거리는 얼마인가?
• RQ2 GRS 1915+105의 적외선 밝기는 짧은(수시간) 및 긴(수일) 시간 스케일에서 어떻게 변화하는가? 이는 그의 방출 메커니즘에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 GRS 1915+105의 선로 상에서 총 수소 열량 밀도와 시각적 투과도는 얼마이며, 이는 관측된 X선 및 적외선 밝기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 GRS 1915+105의 적외선 행동은 잘 알려진 상대론적 제트 천체인 SS 433과 정량적으로 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ5 합쳐진 X선, 적외선 및 밀리미터 데이터는 GRS 1915+105의 중심 압축 천체와 그 적출 환경의 성격을 어떻게 드러내는가?

주요 결과

• GRS 1915+105의 운동학적 거리는 12.5 ± 1.5 kpc로 결정되었으며, 이는 9.4 ± 0.2 kpc 거리에 위치한 분자 기체 구름 뒤에 위치해 있음을 시사한다.
• 이 천체는 수시간 내외의 변화에서 거의 1 magnitude의 적외선 밝기 변화를 보이며, 더 긴 간격에서는 최대 2 magnitude의 변화를 보인다.
• 선로 상의 총 수소 열량 밀도는 Nh = 4.7 ± 0.2 × 10²² cm⁻²이며, 이는 시각적 투과도 Av = 26.5 ± 1 magnitudes에 해당한다.
• GRS 1915+105는 은하수에서 가장 빛나는 X선 천체이며, 복사 X선 빛나는 정도는 약 3 × 10³⁸ erg/s 수준이다.
• GRS 1915+105의 적외선 대응체는 절대 등급, 색깔, 변동성 면에서 SS 433과 뚜렷한 유사성을 보이며, 이는 서로 다른 천체임에도 불구하고 유사한 특성을 지닌다.
• 관측된 유사성은 GRS 1915+105가 블랙홀 또는 중성자별과 두꺼운 디스크를 가진 고질량 연성체에서 물질을 적출하는 압축된 천체를 포함하고 있으며, SS 433와 유사한 구조를 가졌음을 시사한다.