[論文レビュー] Accretion disk coronae of Intermediate Polar Cataclysmic Variables - 3D MagnetoHydro-Dynamic modeling and thermal X-ray emission

Enrico Barbera, S. Orlando+1 more|Nova Science Publishers (Nova Science Publishers, Inc.)|Feb 15, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、中程度偏光系連星爆発変星（IPCVs）の降着円盤表面における強力なフレア活動が、白色矮星に磁場線で接続された拡張したコロナを形成し、熱的X線放射に寄与する仕組みを、3次元磁気流体力学（MHD）シミュレーションを用いて調査した。シミュレーションの結果、フレアがプラズマを加熱し、蒸発を引き起こし、白色矮星に接続されたコロナを形成することが示された。X線放射度は10³⁰–10³² erg/sの範囲にあり、観測結果と一致し、ちらつきの変動を説明する要因となる可能性がある。

ABSTRACT

IPCVs contain a magnetic, rotating white dwarf surrounded by a magnetically truncated accretion disk. To explain their strong flickering X-ray emission, accretion has been successfully taken into account. Nevertheless, observations suggest that accretion phenomena could not be the only process behind it. An intense flaring activity occurring on the surface of the disk may generate a corona, contribute to the thermal X-ray emission and influence the system stability. Our purposes are: investigating the formation of an extended corona above the accretion disk, due to an intense flaring activity occurring on the disk surface; studying its effects on the disk and stellar magnetosphere; assessing its contribution to the observed X-ray flux. We have developed a 3D MHD model of a IPCV. The model takes into account gravity, disk viscosity, thermal conduction, radiative losses and coronal flare heating. To perform a parameter space exploration, several system conditions have been considered, with different magnetic field intensity and disk density values. From the results of the evolution of the model, we have synthesized the thermal X-ray emission. The simulations show the formation of an extended corona, linking disk and star. The flaring activity is capable of strongly influencing the disk configuration and its stability, effectively deforming the magnetic field lines. Hot plasma evaporation phenomena occur in the layer immediately above the disk. The flaring activity gives rise to a thermal X-ray emission in both the [0.1-2.0] keV and the [2.0-10] keV bands. An intense coronal activity occurring on the disk surface of an IPCV can affect the structure of the disk depending noticeably on the density of the disk and the magnetic field of the central object. Moreover, the synthesis of the thermal X-ray fluxes shows that this flaring activity may contribute to the observed thermal X-ray emission.

研究の動機と目的

• 中程度偏光系連星爆発変星（IPCVs）の降着円盤上での強力なフレア活動が、円盤上空に拡張したコロナを形成するメカニズムを調査すること。
• そのようなコロナ活動が、円盤構造、磁場配置、およびシステムの安定性に与える影響を評価すること。
• フレア加熱によるコロナプラズマが、[0.1–2.0] keVおよび[2.0–10.0] keVエネルギー帯で観測された熱的X線放射にどの程度寄与するかを定量すること。
• 円盤密度および白色矮星の磁場強度が、コロナ形成およびX線放射度に与える影響を調査すること。
• 標準的な降着モデルを超えて、フレア活動のみが観測されたちらつきX線変動を説明できるかどうかを検証すること。

提案手法

• 重力、円盤の粘性、熱伝導、放射冷却、磁場圧力を組み込んだ3次元磁気流体力学（MHD）モデルを構築し、IPCVシステムの力学的挙動をシミュレートした。
• コロナ加熱プロセスを模倣するため、内側円盤表面のランダムな位置に確率的熱入射を導入し、フレア活動を再現した。
• 2段階の初期化プロセスを採用した：まず2.5次元シミュレーションで安定な磁場配置を確立し、次にこれを3次元初期条件として全MHDシミュレーションに適用した。
• 時間発展に伴い、プラズマの温度、密度、速度、磁場構造（特に円盤上空および磁場線に沿った領域）を追跡した。
• スペクトル合成技術を用いて、[0.1–2.0] keVおよび[2.0–10.0] keVエネルギー帯でのX線放射を、シミュレートされたプラズマから合成した。
• パラメータースペースの探索として、円盤密度および磁場強度を変化させ、コロナ形成、安定性、X線出力への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IPCVの降着円盤表面における強力なフレア活動が、磁場線に沿って白色矮星に接続された拡張した磁場で閉じ込められたコロナを形成できるか？
• RQ2 円盤フレアによるコロナ加熱が、ソフト（0.1–2.0 keV）およびハード（2.0–10.0 keV）X線バンドで観測された熱的X線放射に、どの程度寄与するか？
• RQ3 円盤密度および白色矮星の磁場強度が、降着円盤の安定性およびコロナ活動に起因する磁場線の変形に与える影響はいかほどか？
• RQ4 放射冷却および伝導冷却メカニズムが、特にソフトX線バンドで見られるちらつきの光曲線をどのように形成しているか？
• RQ5 フレア加熱によるコロナプラズマから合成されたX線放射度が、実際のIPCVシステムの観測値と整合するか？

主な発見

• 磁場線に沿って円盤から白色矮星に接続された拡張したコロナが、円盤表面の強力なフレア活動によって形成された。
• 熱的X線放射は、主にフレア加熱によって蒸発が起こる円盤表面直上の薄いプラズマ層から発せられる。
• シミュレートされたX線放射度は10³⁰～10³² erg/sの範囲にあり、高密度円盤構成で高い値が得られ、過去の研究による観測推定値と一致した。
• コロナ活動は磁場線を顕著に変形させ、円盤構造を変化させ、その影響は円盤密度および磁場強度の両方に強く依存した。
• 放射冷却および伝導冷却メカニズムが、放射度の変調に重要な役割を果たし、特にソフトX線バンドで観測されるちらつきの変動を生じさせた。
• モデルは、フレア活動のみで観測と整合するX線放射を再現できることを示し、標準的な降着モデルを超えて、IPCVにおけるちらつき変動の説明に重要な役割を果たす可能性があることを示した。