[论文解读] Infrared and millimeter observations of the galactic superluminal source GRS 1915+105

S. Chaty, I. F. Mirabel+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 1996

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 5

一句话总结

本文报告了对银河系超光速源GRS 1915+105的红外与毫米波观测，确定其动力学距离为12.5 ± 1.5 kpc，并证实其为银河系中最明亮的X射线源。该源表现出强烈的红外变异性，其亮度、颜色和变异性特征与SS 433相似，表明其为包含黑洞或中子星及厚吸积盘的高质量双星系统。

ABSTRACT

Millimeter observations of the galactic source of relativistic ejections GRS 1915+105 (Mirabel & Rodriguez 1994) are consistent with this source being at a kinematic distance D = 12.5 +/- 1.5 kpc from the Sun, behind the core of a molecular cloud at 9.4 +/- 0.2 kpc. At this distance, GRS 1915+105, frequently radiating nearly 3 x 10^{38} erg/s in the X-rays, becomes the most luminous X-ray source in the Galaxy. The total hydrogen column density Nh = 4.7 +/- 0.2 x 10^{22} cm-2 along the line of sight corresponds to a visual absorption Av = 26.5 +/- 1 magnitude. The infrared counterpart of GRS 1915+105 exhibits in the 1.2 micrometre - 2.2 micrometre band variations of nearly 1 magnitude in a few hours and of nearly 2 magnitudes over longer intervals of time. In the infrared, GRS 1915+105 is strikingly similar to SS 433, and unlike any other known stellar source in the Galaxy. The infrared resemblance in absolute magnitude, color, and time variability, between these two sources of relativistic ejections suggests that GRS 1915+105, as SS 433, consists of a collapsed object (neutron star or black hole) with a thick accretion disk in a high-mass-luminous binary system.

研究动机与目标

• 利用视线方向分子气体的毫米波观测，测定GRS 1915+105的动力学距离。
• 表征该源对应体在1.2–2.2 µm波段的红外变异性。
• 评估视线方向GRS 1915+105的X射线亮度与消光程度。
• 将GRS 1915+105的红外特性与SS 433进行比较，推断其在物理结构与辐射机制上的相似性。
• 基于多波段行为，约束GRS 1915+105中心引擎的性质。

提出的方法

• 利用GRS 1915+105方向CO(1-0)发射的毫米波观测，通过系统速度测量估算动力学距离。
• 在1.2–2.2 µm范围内进行红外测光，以监测数小时至数天时间尺度的通量变化。
• 通过X射线与红外消光测量推导氢柱密度(Nh)，并利用标准尘埃消光律计算视觉消光(Av)。
• 基于档案X射线数据估算源的X射线亮度，假设各向同性辐射并校正吸收效应。
• 通过绝对星等、颜色指数及红外变异性时间尺度，与SS 433进行对比分析。
• 通过对比观测到的分子云结构与速度梯度，验证动力学距离的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于周围分子气体的毫米波观测，GRS 1915+105的动力学距离是多少？
• RQ2 GRS 1915+105的红外通量在数小时（短 timescale）与数天（长 timescale）时间尺度上如何变化？这对其辐射机制有何含义？
• RQ3 视线方向GRS 1915+105的总氢柱密度与视觉消光是多少？这如何影响其观测到的X射线与红外通量？
• RQ4 GRS 1915+105的红外行为与已知的相对论喷流源SS 433在定量上如何比较？
• RQ5 结合X射线、红外与毫米波数据，能揭示GRS 1915+105中中心致密天体及其吸积环境的哪些本质特征？

主要发现

• GRS 1915+105的动力学距离确定为12.5 ± 1.5 kpc，位于距离9.4 ± 0.2 kpc处的分子云之后。
• 该源在数小时内出现接近1个星等的红外通量变化，长期间隔内变化可达2个星等。
• 视线方向的总氢柱密度为Nh = 4.7 ± 0.2 × 10²² cm⁻²，对应视觉消光Av = 26.5 ± 1个星等。
• GRS 1915+105是银河系中最明亮的X射线源，其总X射线亮度接近3 × 10³⁸ erg/s。
• GRS 1915+105的红外对应体在绝对星等、颜色与变异性方面与SS 433惊人相似，尽管二者为不同源。
• 观测到的相似性表明GRS 1915+105包含一个致密天体（可能为黑洞或中子星），正从高质量伴星吸积物质，形成厚吸积盘，与SS 433类似。