[論文レビュー] The Flare Activity of SgrA*; New Coordinated mm to X-Ray Observations

A. Eckart, F. K. Baganoff+18 more|ArXiv.org|Dec 16, 2005

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 124

ひとこと要約

本研究は、SgrA*における同時mm〜X線観測を提示し、近赤外(NIR)およびX線のフレアが10分以内の時間遅れできわめて密接に同期していることを明らかにした。これは、シンクロトロン自己コンプトン(SSC)モデルを支持するものである。フレアは、高温で乱流的な降着流からのコンパクトで変動する放射によって説明され、準ミリ波および電波の変動は同様の物理的メカニズムに起因している可能性が示唆され、銀河中心の超大質量ブラックホール周辺に多波長にわたる一貫性のあるフレアメカニズムが存在することを示している。

ABSTRACT

We report new simultaneous near-infrared/sub-millimeter/X-ray observations of the SgrA* counterpart associated with the massive 3-4x10**6 solar mass black hole at the Galactic Center. The main aim is to investigate the physical processes responsible for the variable emission from SgrA*. The observations have been carried out using the NACO adaptive optics (AO) instrument at the European Southern Observatory's Very Large Telescope and the ACIS-I instrument aboard the Chandra X-ray Observatory as well as the Submillimeter Array SMA on Mauna Kea, Hawaii, and the Very Large Array in New Mexico. We detected one moderately bright flare event in the X-ray domain and 5 events at infrared wavelengths.

研究の動機と目的

• SgrA*の変動放射を駆動する物理的メカニズムを解明すること、特に、銀河中心部の超大質量ブラックホールの静止状態およびフレア状態を対象とする。
• 近赤外(NIR)、X線、および電波/準ミリ波帯で観測されたフレアの時間的およびスペクトル的相関を特定すること。
• 観測されたフレアが、特にシンクロトロン自己コンプトン(SSC)メカニズムを含む単一の放射モデルによって説明可能かどうかを検証すること。
• 降着流の乱流性またはクラスタ構造が、全波長にわたる観測された変動性を生じさせている役割を評価すること。
• 電波/準ミリ波のフラックス変動と、より高エネルギーなNIR/X線フレアとの関係を明確にすること、特に、過去に同時観測がなかったことによる課題を踏まえる。

提案手法

• VLTのNACO補完光学装置(NIR)、Chandra ACIS-I(X線)、Submillimeter Array(SMA、準ミリ波)、およびVery Large Array(VLA、電波)を用いた協働観測を実施した。
• mm、NIR、X線帯域における同時フレア事象を分析し、時間遅れとスペクトルエネルギー分布を測定した。
• シンクロトロン自己コンプトン(SSC)モデルを用いて、シンクロトロンおよび逆コンプトン過程の両方の寄与を含む多波長フレア放射を説明した。
• スペクトルフィッティングを用いて、NIR/MIRにおけるシンクロトロンスペクトルの形状を評価し、特に指数関数的カットオフの有無を検証した。
• 電波および準ミリ波帯における変動 timescale とフラックス振幅を、放射性プラズマの断熱的膨張と冷却を考慮してモデル化した。
• ミニスパイラルおよび背景源における既知のダスト成分と比較することで、NIRにおけるダスト混入の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SgrA*のNIRおよびX線フレアは時間的に相関しているか？そのピーク間の時間遅れは何か？
• RQ2 観測されたフレア放射が、mm〜X線波長にわたって、シンクロトロン自己コンプトン(SSC)のような単一の放射モデルによって説明可能か？
• RQ3 NIRフレアで観測された変動的で赤いスペクトル指数の物理的起源は何か？また、シンクロトロンスペクトルに指数関数的カットオフが存在する場合、赤いスペクトルエネルギー分布を説明できるか？
• RQ4 電波および準ミリ波のフラックス変動は、より高エネルギーなX線およびNIRフレアとどのように関係しているか？特に、過去に同時データが不足していたことから、その関係性は不明である。
• RQ5 観測されたMIRフラックス密度は、熱的ダスト放射によって支配されているか？また、中心源と前方/背景成分の寄与は何か？

主な発見

• 2–8 keVの全放射度が約33 × 10³³ erg/sのX線フレアが検出され、NIRでも同時に観測され、時間遅れが10分以内であった。
• 他の4つのフレアについても、NIRおよびX線での同時発生が確認され、2003年のフレアと合わせて、全帯域でほとんど時間遅れのない同期的変化を示している。
• NIR/MIRフレアは変動的で赤いスペクトル指数を示し、指数関数的カットオフを伴う可能性があるシンクロトロンスペクトルと整合的であり、SSCモデルを支持する。
• 電波および準ミリ波データは、X線およびNIRフレアよりも長い時間スケールでフラックス変動を示すが、その振幅とスケールは、膨張する断熱的冷却プラズマと整合的である。
• 8.6 μmおよび19.5 μmの放射成分は、熱的ダスト放射によって支配されており、質量推定値は約10⁻² M⊙であり、SgrA*の後方、ミニスパイラルの北腕に位置しているとされる。
• SgrA*の固有スペクトルは数THzでピークを示すと予測されるが、顕著なダスト放射寄与のため、従来の予想よりもFIR帯でピークがやや広がっているとされる。