[論文レビュー] X-ray Evidence for Supermassive Black Holes in Non-Active Galaxies. Subtitle: Detection of X-ray Flare Events, Interpreted as Tidal Disruptions of Stars by SMBHs

S. Komossa|ArXiv.org|Sep 25, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、通常は非活性な銀河におけるX線フレア現象を、静止状態の超大質量ブラックホール（SMBH）の強力な証拠として提示している。フレアは恒星の潮汐破壊イベント（TDE）として解釈されており、観測された全光度（最大で~10⁴⁵ erg/s）、有限な持続期間、および母銀河におけるAGN活動の欠如が、理論的基準を満たしている。NGC 5905とRXJ1242−1119は特に詳細に研究された候補であり、静止銀河内にSMBHが存在することを支持している。

ABSTRACT

It has long been suggested that supermassive black holes in non-active galaxies might be tracked down by occasional tidal disruptions of stars on nearly radial orbits. A tidal disruption event would reveal itself by a luminous flare of electromagnetic radiation. Theorists argued that the convincing detection of such a tidal disruption event would be the observation of an event which fulfills the following three criteria: (1) the event should be of finite duration (a `flare'), (2) it should be very luminous (up to L_{max} ~ 10^{45} erg/s in maximum), and (3) it should reside in a galaxy that is otherwise perfectly {\em non-active} (to be sure to exclude an upward fluctuation in gaseous accretion rate of an {\em active} galaxy). During the last few years, several X-ray flare events were detected which match exactly the above criteria. We therefore consider these events to be excellent candidates for the occurrences of the theoretically predicted tidal disruption flares. In this contribution, we review the previous observations of giant X-ray flares from normal galaxies, present new results on these objects, critically discuss alternatives to the favored outburst scenario, and report results from our ongoing search for further tidal disruption flares based on the ROSAT all-sky survey database.

研究の動機と目的

• 非活性銀河における静止状態の超大質量ブラックホール（SMBH）を探索するためのプローブとして、潮汐破壊フレアを同定・検証すること。
• 通常の銀河で観測されたX線フレアが、理論的基準（有限な持続期間、極めて高い光度、AGN活動の不在）を満たしているかどうかを検証すること。
• ROSAT全天サーベイデータベースを用いて、さらなる潮汐破壊候補を探索すること。
• フレアのスペクトル的および光度的解析を通じて、SMBH質量と降着物理学を制約すること。

提案手法

• アーカイブされたROSAT全天サーベイデータおよびポイント観測データを用いて、非活性銀河におけるX線フレアを同定した。
• 理論的基準（フレア持続期間、ピーク光度（~10⁴⁵ erg/s）、母銀河におけるAGN活動の不在）を適用した。
• Eddington光度スケーリング（L_edd ≈ 1.3×10³⁸ M/M⊙ erg/s）を用いて、観測光度からSMBH質量を推定した。
• 観測X線スペクトルを黒体モデルにフィットさせ、温度（~4–10×10⁵ K）を推定した。これは、潮汐半径付近またはシュバルツシルト半径付近での理論的予測と整合的であった。
• t_edd ≈ 4η₀.₁(M_BH/10⁶M⊙)(M_*/0.1M⊙) 年の式を用いて降着時効率を推定し、数か月から数年のフレア持続期間を予測した。
• Hoら（1995）のカタログに掲載された486個の近傍銀河を対象に系統的なサーチを実施。そのうち136個の銀河がROSATで少なくとも2回観測されており、さらなるフレアを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非活性銀河における観測されたX線フレアは、SMBHによる恒星の潮汐破壊イベントを満たす理論的基準を満たしているか？
• RQ2 これらのフレアの光度およびスペクトル的特徴は、SMBHへの潮汐破壊された恒星物質の降着によって説明可能か？
• RQ3 Eddington光度と観測X線フラックスに基づいて、フレア銀河内の中心ブラックホールの推定質量は何か？
• RQ4 観測されたフレアは、銀河1つあたり年間約1回の予想される潮汐破壊率と整合的か？
• RQ5 フレアの時間的変化およびスペクトル的性質は、Kerr計量における相対論的効果（例：進化）を制約できるか？

主な発見

• NGC 5905、RXJ1242−1119、RXJ1624+7554、RXJ1420+5334という4つの確認済みの非活性銀河と、RXJ1331−3243という1つの候補銀河で、ピーク光度が最大で~10⁴⁴ erg/sのX線フレアが観測された。これは、潮汐破壊モデルと整合的である。
• 観測フレアは、すべての3つの理論的基準（有限な持続期間、極めて高い光度（~10⁴⁵ erg/s）、AGN活動のない母銀河）を満たしている。
• Eddington光度推定により、NGC 5905では少なくとも数×10⁴ M⊙のSMBH質量が示唆され、バルジ光度相関に基づくと最大で~10⁸ M⊙の可能性も示唆された。
• X線スペクトルへの黒体フィットから得られた温度は（4–10）×10⁵ Kであり、これは、潮汐半径付近またはシュバルツシルト半径付近での降着に関する理論的予測と整合的であった。
• ROSATで2回以上観測された136個の銀河のサンプルにおいて、追加のフレアが観測されなかったことは、銀河1つあたり年間約1回の予想される潮汐破壊率と整合的である。
• 今後の高分解能X線ミッション（例：Chandra、XMM、LOBSTER、ROSITA、MAXI）により、さらなるイベントが検出され、時間的およびスペクトル的変化を用いて強力な重力効果を調査できるようになると期待される。