[논문 리뷰] Internal shock model for Microquasars

Christian Kaiser, R. Sunyaev외 1명|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 28.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 연속적인 내부 충격 모델을 제안하며, 이는 비상대론적 입자가 연속적인 제트를 따라 전파되는 충격에 의해 가속되어 심크로트론 복사를 발생시키며, 평탄한 라디오 광도 곡선과 점진적인 스펙트럼 기울기 변화를 설명한다. 이 모델은 이산적인 플라스몬 모델보다 에너지 공급률이 훨씬 낮음을 보여주며, 관측 결과와 낮은 중심 엔진 출력 요구 조건을 조화롭게 한다.

ABSTRACT

We present a model for the radio outbursts of microquasars based on the assumption of quasi-continuous jet ejection. The jets are `lit up' by shock fronts traveling along the jets during outbursts. The observed comparatively flat decay light curves combined with gradually steepening spectral slopes are explained by a superposition of the radiation of the aging relativistic particle population left behind by the shocks. This scenario is the low energy, time-resolved equivalent to the internal shock model for GRBs. We show that this model predicts energy contents of the radiating plasma similar to the plasmon model. At the same time, the jet model relaxes the severe requirements on the central source in terms of the rate at which this energy must be supplied to the jet. Observations of `mini-bursts' with flat spectral slopes and of infrared emission far from the source centre suggest two different states of jet ejections: (i) A `mini-burst' mode with relatively stable jet production and weak radio emission with flat spectra and (ii) an outburst mode with strong variations in the jet bulk velocities coupled with strong radio emission with steeper spectra. We also show that the continuous jets in microquasars should terminate in strong shocks and possibly inflate radio lobes similar to extragalactic jet sources. Finally, we investigate the possibility of testing the predictions of this model with resolved radio observations.

연구 동기 및 목표

• 이슬람의 라디오 폭발 현상, 특히 평탄한 감쇠 광도 곡선과 스펙트럼 진화를 이슬람의 이슬람 제트 모델을 통해 설명함으로써 이슬람의 이슬람 플라스몬 방출 모델을 대체한다.
• 플라스몬 모델의 한계를 해결하며, 비현실적으로 높은 에너지 공급률을 요구하고 점진적인 스펙트럼 기울기 변화를 설명하지 못한다는 점을 다룬다.
• 관측된 미크로쿼사르의 성질을 감마선 폭발에서 사용되는 내부 충격 모델과 조화시키며, 저에너지 및 시간 해상도가 높은 제트 활동에 적합하게 조정한다.
• 연속적인 제트가 제트 종료, 충격 형성, 그리고 은하간 소스와 유사한 라디오 루프 팽창에 미치는 영향을 조사한다.
• 관측 가능한 검증 방법을 제안하며, 공간 해상도가 높은 다주파수 라디오 관측과 침묵 상태 동안의 핵 구조 측정을 포함한다.

제안 방법

• 감마선 폭발에서의 내부 충격 모델을 미크로쿼사르에 적용하며, 다양한 제트 속도의 쉘 간의 인터페이스에서 충격이 형성된다고 가정한다.
• 내부 충격에서 가속된 상대론적 전자에서 발생하는 심크로트론 복사를 모델링하며, 복사 스펙트럼에 에너지 손실과 노후화 효과를 포함한다.
• 다양한 연령의 상대론적 입자 집단에서의 복사의 초합을 통해 폭발 기간 동안 관측된 점진적인 스펙트럼 기울기 변화를 설명한다.
• 1994년 3월 GRS 1915+105의 폭발에 모델을 적용하며, 일정한 가속률과 그 후 지수 감쇠를 통해 광도 곡선과 스펙트럼 진화를 피팅한다.
• 제트가 간성간 매질과 상호작용할 경우 강력한 종단 충격이 발생하고, 저밀도 라디오 루프 팽창이 가능하다고 예측한다.
• 열적 불안정성이 SS433에서 관측된 것과 유사하게 미크로쿼사르 제트에서 발생할 경우 도플러 시프트된 X선 철 및 수소 알파 라인이 방출될 수 있다고 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미크로쿼사르 라디오 폭발의 평탄한 감쇠 광도 곡선과 점진적인 스펙트럼 기울기 변화는 이슬람의 이슬람 제트 모델과 내부 충격을 통해 이슬람의 이슬람 플라스몬 방출 모델보다 설명 가능할 수 있는가?
• RQ2 이러한 연속적인 제트 모델의 에너지 공급 요구 조건은 플라스몬 모델과 비교해 어떻게 되며, 중심 엔진의 부담을 줄이는가?
• RQ3 안정적인 '미니버스트'와 변동성이 큰 폭발과 같은 다양한 제트 생성 방식은 스펙트럼 형태와 입자 가속 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 핵에서 멀리 떨어진 곳에서 관측된 적외선 및 라디오 복사는 연속적인 제트 전파와 충격 히팅에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ5 해당 연속적인 제트 모델과 이슬람의 이슬람 플라스몬 모델을 구별할 수 있는 관측적 징후, 예를 들어 해상도가 높은 제트 구조 또는 확장된 복사 영역은 무엇인가?

주요 결과

• 내부 충격 모델은 이동하는 충격에 의해 남겨진 다양한 연령의 상대론적 입자에서 발생하는 심크로트론 복사의 초합으로서, 미크로쿼사르 폭발의 평탄한 감쇠 광도 곡선을 설명한다.
• 점진적인 스펙트럼 기울기 변화는 상대론적 입자 집단의 노후화로 자연스럽게 설명되며, 고에너지 입자들이 시간이 지남에 따라 에너지를 잃기 때문이다.
• 모델은 일정한 가속률과 그 후 지수 감쇠만 필요하며, 이는 감마선 폭발에서 관찰된 이중 쉘 내부 충격 시나리오와 유사하다.
• 복사하는 플라즈마의 에너지 요구 조건은 플라스몬 모델과 유사하지만, 중심 엔진이 공급해야 할 에너지율은 훨씬 낮으며, 대부분의 에너지가 연속적인 제트에 저장되기 때문이다.
• 평탄한 스펙트럼을 가진 미니버스트와 핵에서 멀리 떨어진 곳에서의 적외선 복사 관측은 두 가지 별개의 제트 모드를 시사한다: 약한 충격을 가진 안정적인 미니버스트와 강한 충격을 가진 변동성 폭발.
• 모델은 연속적인 제트가 강력한 종단 충격으로 끝나며, FRII 라디오 은하와 유사하게 라디오 루프를 팽창시킬 수 있다고 예측하며, 이러한 특징은 제트가 오래되었거나 재수축할 경우 GRS 1915+105와 같은 소스에서 감지될 수 있다.