[논문 리뷰] Spectral Signature of Wind Generation From The Post-Shock Region in GRS1915+105 Accretion Disk

Sandip K. Chakrabarti, Sivakumar G. Manickam외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 12. 28.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 GRS1915+105의 순환원반에서 충격 후 영역(CENBOL)에서 발생하는 바람 유출이 전자 냉각 효율의 변화로 인해 저상태에서는 관측 가능한 스펙트럼의 연화를, 고상태에서는 딱딱함을 유도한다고 제안한다. RXTE 데이터를 이용해 저상태에서는 바람에 의한 질량 손실이 콜로머라이징 영역 내 전자 밀도를 감소시켜 연한 광자 냉각을 증가시키고 스펙트럼을 연화시키며, 고상태에서는 낙하에 의한 질량 획득이 이를 반대로 하여 딱딱하게 만든다고 보여준다. 이는 바람 역학과 스펙트럼 상태를 연결하는 스펙트럼 서명을 제공한다.

ABSTRACT

Accretion and outflows are common in systems which include black holes. Especially important is the case of the well known micro-quasar GRS1915+105 in our own galaxy, where super-luminal outflows are detected. We present a few observation which are suggestive of an outflow which is generated very close to the black hole, within a few tens of Schwarzschild radii. In the presence of mass loss (e.g., an outflowing wind), the electron density of matter within the centrifugal pressure supported region (which generates hard X-rays) goes down and it is easier to cool these electrons by soft photons coming from the Keplerian disk. If, on the other hand, the post-shock region gains mass from outside, the spectra would be harder. These properties of spectral `softening' of the low state and `hardening' of the high state have been detected in several days of RXTE data of GRS1915+105 which we present here.

연구 동기 및 목표

• GRS1915+105의 순환원반에서 충격 후 영역(CENBOL)의 바람 생성에 대한 스펙트럼 서명을 규명하는 것.
• 바람을 통한 질량 손실이 콜로머라이징 과정과 그로 인한 X선 스펙트럼에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 관측된 스펙트럼 상태 전이(연화 대 딱딱함)가 CENBOL 내 전자 밀도와 냉각 효율의 바람에 의한 변화와 어떻게 관련되는지 규명하는 것.

제안 방법

• 다일간 RXTE 광도 및 스펙트럼을 분석하여 GRS1915+105의 스펙트럼 상태 전이를 식별하는 것.
• 바람 질량 손실이 전자 밀도를 감소시키는 중심력 압력 지지형 콜로머라이징 플라즈마로 CENBOL 영역을 모델링하는 것.
• 저상태에서 스펙트럼 연화를 시뮬레이션하기 위해 바람을 통한 20% 질량 손실을 가정하고, 고상태에서는 바람으로부터 10%의 질량 낙하를 가정하여 스펙트럼 딱딱함을 모의하는 것.
• XSPEC을 사용하여 바람에 의한 광학 두께와 냉각 효율 변화를 포함한 모델로 관측 스펙트럼을 피팅하는 것.
• 이론적 스펙트럼을 관측된 버스트 오프 및 버스트 온 상태와 비교하여 바람 유도 스펙트럼 조절 메커니즘을 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GRS1915+105의 CENBOL 영역에서 발생하는 바람 유출이 X선 관측에서 검출 가능한 스펙트럼 서명을 유도하는가?
• RQ2 바람을 통한 질량 손실이 콜로머라이징 영역 내 전자 냉각과 그로 인한 X선 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 저상태에서의 연화와 고상태에서의 딱딱함은 CENBOL 내 전자 밀도와 광학 두께의 바람에 의한 변화로 설명될 수 있는가?
• RQ4 스펙트럼 상태 전이와 내부 순환원형 유동에서의 바람 질량 손실/획득 간 상관관계가 있는가?
• RQ5 버스트 상태(버스트 오프/온) 동안의 스펙트럼 진화는 충격 후 영역의 바람 역학에 의해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 저상태에서의 스펙트럼 연화는 CENBOL에서 20%의 질량 손실로 인해 전자 밀도가 감소하고 디스크에서 온 연한 광자에 의한 냉각이 증가함으로써 일관되게 설명된다.
• 고상태에서의 스펙트럼 딱딱함은 바람 영역으로부터 10%의 질량 낙하와 관련되어 있으며, 이는 전자 밀도 증가와 냉각 효율 감소를 초래한다.
• 버스트 오프 및 버스트 온 상태에서 연성 및 딱성 성분의 교차점은 높은 에너지로 이동하며, 관측된 스펙트럼 진화와 일치한다.
• 이 모델은 딱딱한 X선 복사율과 라디오 강도 사이의 반비례 관계를 바람에 의한 CENBOL의 광학 두께와 콜로머라이징 효율 변화의 결과로 설명한다.
• 관측된 스펙트럼 행동은 CENBOL 경계층에서 바람이 형성되며, 바람의 유량이 충격 압축 비율과 유동 파라미터에 따라 달라진다는 데 일관된다.
• 결과는 바람 역학이 직접적으로 스펙트럼 상태를 조절하는 자구화된 순환-바람 시나리오를 지지하며, X선과 라디오 변동성 간의 연관성을 연결한다.