[論文レビュー] The Jets and and Supercritical Accretion Disk in SS433

S. Fabrika|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 4被引用数 25

ひとこと要約

本論文は、特異な超臨界降着円盤と相対論的ジェットを示すSS433—質量の大きな連星系で、相対論的速さで運動するコンパクト天体（おそらくブラックホール）が超Eddington降着率でガスを降着している—をレビューする。このシステムの歳差運動を示すジェットと高密度の円盤風が、広がった可変な発光線やX線吸収特徴といった観測的特徴を生じさせることを提案し、それらは、他の銀河に存在する超高光度X線源（ULXs）を含む、顔を向いた超臨界降着系を特定するためのテンプレートを提供する。

ABSTRACT

(abridged) The review describes observations of SS433. The main difference between SS433 and other X-ray binaries is the supercritical regime for the gas accretion onto the relativistic star (most likely a black hole), which has lead to the formation of collimated relativistic jets. The properties of the jets are determined by their interaction with the disk wind. The precession of the disk and jets, as well as the eclipsing in the binary system, make SS433 a unique laboratory for studies of mechanisms for the microquasar phenomenon. Essentially all photometric and spectroscopic properties of SS433 are determined by the accretion disk and its orientation, but the disk itself is not observed, being located beneath the photosphere of the dense wind. Observational manifestations of the wind and of gas flows in the system are described. Little is known about the structure of the central regions where the hot bases of the jets are located. The available X-ray, UV, and optical observations point towards the picture where the bases of the jets are surrounded by cocoons of hot gas reradiating emission from the inner regions of the jet channel. Direct investigations of this channel in the supercritical accretion disk of SS433 are not possible; however, a similar object oriented face-on would likely be an extremely bright X-ray source, such as ultra-luminous X-ray sources observed in other galaxies.

研究の動機と目的

• SS433という特異な超臨界降着系における相対論的ジェットの形成およびダイナミクスを理解すること。
• 光度およびスペクトル的変動の原因、特に歳差運動と公軌道モードの原因を説明すること。
• SS433を他の銀河におけるマイクロクェーサーおよび超高光度X線源（ULXs）を理解するためのモデル例として確立すること。
• 顔を向いた超臨界降着系において、特にX線および可視光スペクトルで観測可能な特徴を特定すること。
• 円盤風および赤道方向の放出流が、システムの放射および中心円盤の遮蔽に果たす役割を調査すること。

提案手法

• 数十年にわたるSS433の観測データ（可視光、UV、X線、電波）を用いた多波長光度およびスペクトルデータの分析。
• ドップラーシフトされた発光線の運動学的モデリングにより、ジェット速度、歳差周期、およびコリメーションを推定。
• X線スペクトル解析（ASCA、Chandra）を用いて、狭帯域で多温度のジェットおよび不均一性を検出。
• Shakura-Sunyaev理論を用いた超臨界降着円盤のモデリングにより、質量移動率（約10⁻⁴ M☉/yr）および円盤の幾何学的形状を推定。
• ジェットの通路内での高レベルにイオン化されたFe、Si、S、MgイオンからのX線吸収線が、円盤構造を露わにする可能性を提唱。
• 外部銀河におけるULXsとSS433を比較し、広がった可変なX線吸収線が顔を向いた超臨界降着系を特定する手がかりとなる可能性を示唆。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SS433の相対論的ジェットは、超臨界降着率であるにもかかわらず、どのように形成され、なぜコリメートされているのか？
• RQ2 システムの光曲線およびスペクトル線における観測された歳差運動と公軌道的変動は、何によって引き起こされるのか？
• RQ3 円盤風および赤道方向の放出流は、観測される放射および中心降着円盤の遮蔽にどのように影響を与えるのか？
• RQ4 SS433において中心円盤が直接検出されないにもかかわらず、超臨界降着円盤が存在することは整合的か？
• RQ5 X線スペクトルにおいて、顔を向いた超臨界降着系（他の銀河に存在するULXsを含む）を特定するための観測的特徴は何か？

主な発見

• SS433は、約10⁻⁴ M☉/yrの連続的な超臨界降着率を示しており、これにより超臨界降着円盤と0.26cの速度で運動する相対論的ジェットが形成されている。
• 可視光および電波ジェットは約162日周期で歳差運動を示し、これにより発光線に周期的なドップラーシフトが生じている。
• X線観測（Chandra）により、狭帯域で多温度のジェットが確認され、不均一性および変動性が示され、複雑な内部構造を示している。
• システムの可視光およびUV光度曲線には、歳差運動、公軌道的、およびニュータショナルモードの変調が見られ、円盤の遮蔽に起因する明るさの急低下が観測されている。
• He IIおよびHβ線のプロファイルから、最大で約10,000 km/sの径方向速度を持つ円盤風が存在し、吸収特徴に歳差運動のモードが現れている。
• 理論的モデリングにより、顔を向いた超臨界降着系では、高レベルにイオン化されたFe、Si、Sからの非常に広がった複雑なX線吸収線（KαからKcまで）が観測可能であると予測されており、高SN比のX線スペクトルで検出可能である。