[论文解读] Accretion instabilities and jet formation in GRS 1915+105

I. F. Mirabel, V. Dhawan+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 28

一句话总结

本研究确立了微类星体 GRS 1915+105 中的 X 射线吸收 dip 会触发相对论性等离子体云的喷射，表现为红外同步辐射前导脉冲，随后出现射电爆发。同步的 X 射线、红外和射电观测证实，这些微型喷流——由吸积盘不稳定性驱动——以约 0.2c 的速度膨胀，洛伦兹因子约为 10³，为类类星体喷流提供了缩小比例的类比。

ABSTRACT

We report simultaneous observations in the X-ray, infrared, and radio wavelengths of the galactic superluminal source GRS 1915+105. During episodes of rapid disappearance and follow up replenishment of the inner accretion disk evidenced by the X-ray oscillating flux, we observe the ejection of relativistic plasma clouds in the form of synchrotron flares at infrared and radio wavelengths. The expelled clouds contain very energetic particles with Lorentz factors of about 1000, or more. These ejections can be viewed as small-scale analogs of the more massive ejecta with relativistic bulk motions that have been previously observed in GRS 1915+105.

研究动机与目标

• 研究银河系微类星体 GRS 1915+105 中相对论性喷流喷射的物理起源。
• 确定 X 射线准周期振荡（QPOs）与膨胀等离子体云形成之间的关联。
• 确定红外和射电耀斑是否与 X 射线吸收 dip 及喷射事件存在因果关系。
• 量化喷出等离子体云的物理参数，包括能量、磁场和膨胀速度。
• 探讨这些微型喷流对恒星级黑洞系统中吸积盘物理和喷流形成的影响。

提出的方法

• 于 1997 年 5 月 15 日和 9 月 9 日，利用 RXTE（X 射线）、UKIRT（红外，K 波段）和 VLA（2、3.6 和 6 cm 波段射电）进行了同步多波段观测。
• 使用 RXTE 的 PCA 测量 X 射线流量变化，检测到幅度较大的吸收 dip 和恢复峰，时间尺度为几分钟。
• 采用相对测光法和标准星校准，获得 2.2 µm 波段每分钟时间分辨的红外流量，并以 A_K = 3.3 mag 进行去消光处理。
• 分析射电光曲线，识别短波长（红外）与长波长（射电）峰值之间的时延，与膨胀等离子体的同步辐射一致。
• 应用能量均分假设，估算出喷出云的亮度温度（~10¹² K）、磁场（~16 G）和相对论电子能量（~5×10³⁹ erg）。
• 建模等离子体以 ~0.2c 的速度膨胀，并基于绝热能量损失估算云的寿命（约 1 小时）。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRS 1915+105 中的 X 射线吸收 dip 是否与相对论性等离子体云的喷射同时发生？
• RQ2 X 射线恢复峰是否与红外和射电耀斑的启动存在因果关系？
• RQ3 红外耀斑是否先于射电爆发出现，表明其为膨胀喷流的同步辐射前导脉冲？
• RQ4 喷出等离子体云的物理参数（能量、磁场、洛伦兹因子）是什么？
• RQ5 这些微型喷流在尺度和频率上与该源中更大尺度的相对论性爆发相比如何？

主要发现

• 同步的 X 射线、红外和射电观测证实，GRS 1915+105 中的 X 射线吸收 dip 后紧随相对论性等离子体云的喷射。
• 2.2 µm 波段的红外耀斑峰值流量达 12 mJy，出现在 X 射线恢复之后，作为射电爆发的同步辐射前导脉冲。
• 射电辐射相对于红外辐射存在时延，与绝热膨胀等离子体的同步辐射一致。
• 喷出等离子体云的亮度温度约为 ~10¹² K，磁场约为 ~16 G，相对论电子的等效能量约为 ~5×10³⁹ erg。
• 云以 ~0.2c 的速度膨胀，寿命约 1 小时，与绝热能量损失一致。
• 云中相对论电子的洛伦兹因子估计约为 ~10³，若假设每个电子对应一个质子，则云的最小质量约为 ~10¹⁹ g。