[論文レビュー] Spectral Signature of Wind Generation From The Post-Shock Region in GRS1915+105 Accretion Disk

Sandip K. Chakrabarti, Sivakumar G. Manickam+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、GRS1915+105の降着円盤における衝撃後領域（CENBOL）からの風の流出が、電子冷却効率の変化に起因して、低状態ではスペクトルのソフト化、高状態ではスペクトルのハード化を引き起こすと提案している。RXTEデータを用いて、風による質量損失がコンプトン化領域内の電子密度を低下させ、ソフト光子による冷却を強化することでスペクトルをソフト化する一方、風からの降着による質量増加はそれを逆転させ、スペクトルをハード化することが示された。これにより、風の力学とスペクトル状態を結びつけるスペクトル的兆候が得られた。

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.

研究の動機と目的

• GRS1915+105の降着円盤における衝撃後領域（CENBOL）での風生成のスペクトル的兆候を特定すること。
• 風による質量損失がコンプトン化プロセスおよびそれによるX線スペクトルに与える影響を調査すること。
• 観測されたスペクトル状態遷移（ソフト対ハード）が、CENBOLにおける電子密度および冷却効率の風駆動による変化と相関しているかどうかを検討すること。

提案手法

• GRS1915+105のマルチデイにわたるRXTE光曲線およびスペクトルを分析し、スペクトル状態遷移を同定する。
• CENBOL領域を遠心力圧支持型のコンプトン化プラズマとモデル化し、風による質量損失が電子密度を低下させると仮定する。
• 低状態では20％の風による質量損失を仮定してスペクトルのソフト化をシミュレートし、高状態では風領域からの10％の質量還流を仮定してスペクトルのハード化を再現する。
• XSPECを用いて、光学的厚さおよび冷却効率の風駆動による変化を組み込んだモデルで観測スペクトルをフィットする。
• 理論的スペクトルを観測されたバーストオフおよびバーストオン状態と比較し、風駆動によるスペクトル変調メカニズムの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRS1915+105のCENBOL領域からの風の流出は、X線観測において検出可能なスペクトル的兆候をもたらすか？
• RQ2 風による質量損失は、コンプトン化領域内の電子冷却およびそれによるX線スペクトルにどのように影響するか？
• RQ3 観測された低状態におけるスペクトルのソフト化と高状態におけるスペクトルのハード化は、CENBOLにおける電子密度および光学的厚さの風駆動による変化によって説明可能か？
• RQ4 スペクトル状態遷移と内側降着流れにおける風の質量損失・還流との間に相関があるか？
• RQ5 バースト状態（バーストオフ／オン）におけるスペクトルの進化は、衝撃後領域における風のダイナミクスによって説明可能か？

主な発見

• 低状態におけるスペクトルのソフト化は、CENBOLからの20％の風による質量損失に起因し、電子密度の低下とディスクからのソフト光子による冷却の強化に起因する。
• 高状態におけるスペクトルのハード化は、風領域からの10％の質量還流に相関しており、電子密度の増加と冷却効率の低下を示している。
• バーストオフおよびバーストオン状態では、ソフト成分とハード成分の交差点が高エネルギー側にシフトしており、観測されたスペクトル進化と一致する。
• モデルは、ハードX線放射度と電波強度の逆相関を、CENBOLの光学的厚さおよびコンプトン化効率の風駆動による変化の結果として説明できる。
• 観測されたスペクトル的挙動は、CENBOL境界層からの風形成に一致しており、風の発生率は衝撃圧縮比および流れのパラメータに依存する。
• 結果は、風のダイナミクスがスペクトル状態を直接制御する自己一貫した降着-風シナリオを支持しており、X線と電波の変動を結びつけるものである。