[论文解读] Spectral Signature of Wind Generation From The Post-Shock Region in GRS1915+105 Accretion Disk

Sandip K. Chakrabarti, Sivakumar G. Manickam+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 10

一句话总结

本文提出，GRS1915+105吸积盘中喷发后区域（CENBOL）的风外流导致低态时观测到的谱软化和高态时的谱硬化，其机制在于电子冷却效率的变化。利用RXTE数据，作者表明通过风造成的质量损失会降低康普顿化区域的电子密度，从而增强来自吸积盘的软光子冷却，导致谱软化；而通过吸积物回落造成的质量增加则导致谱硬化——这一机制为风动力学与谱态之间的关联提供了谱特征依据。

ABSTRACT

Accretion and outflows are common in systems which include black holes. Especially important is the case of the well known micro-quasar GRS1915+105 in our own galaxy, where super-luminal outflows are detected. We present a few observation which are suggestive of an outflow which is generated very close to the black hole, within a few tens of Schwarzschild radii. In the presence of mass loss (e.g., an outflowing wind), the electron density of matter within the centrifugal pressure supported region (which generates hard X-rays) goes down and it is easier to cool these electrons by soft photons coming from the Keplerian disk. If, on the other hand, the post-shock region gains mass from outside, the spectra would be harder. These properties of spectral `softening' of the low state and `hardening' of the high state have been detected in several days of RXTE data of GRS1915+105 which we present here.

研究动机与目标

• 识别GRS1915+105吸积盘喷发后区域（CENBOL）中风生成的谱特征。
• 研究通过风造成质量损失如何影响康普顿化过程及其产生的X射线谱。
• 将观测到的谱态转换（软态与硬态）与CENBOL中电子密度和冷却效率的风驱动变化相关联。

提出的方法

• 分析GRS1915+105的多日RXTE光 light curves 和谱，以识别谱态转换。
• 将CENBOL区域建模为由离心压力支撑的康普顿化等离子体，其中风的质量损失会降低电子密度。
• 通过假设20%的质量通过风损失，模拟低态时的谱软化；通过假设10%的风物质回落，模拟高态时的谱硬化。
• 使用XSPEC拟合观测谱，模型中纳入风驱动的光学深度和冷却效率变化。
• 将理论谱与观测到的爆发关闭和爆发开启状态进行比较，以验证风驱动的谱调制机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRS1915+105的CENBOL区域风外流是否在X射线观测中产生可检测的谱特征？
• RQ2 通过风造成质量损失如何影响康普顿化区域中电子的冷却过程及其产生的X射线谱？
• RQ3 观测到的低态谱软化与高态谱硬化是否可由CENBOL中电子密度和光学深度的风驱动变化来解释？
• RQ4 谱态转换是否与内吸积流中风的质量损失/增益存在相关性？
• RQ5 耀发状态（爆发关闭/开启）期间的谱演化是否可由喷发后区域的风动力学来解释？

主要发现

• 低态时的谱软化与CENBOL区域20%的质量通过风损失一致，导致电子密度降低，来自吸积盘的软光子冷却增强。
• 高态时的谱硬化与10%的风区物质回落相关，导致电子密度增加，冷却效率降低。
• 在爆发关闭和爆发开启状态中，软谱与硬谱成分的交点能量向更高能量移动，与观测到的谱演化一致。
• 该模型解释了硬X射线通量与射电强度之间的反相关性，其根源在于风驱动的CENBOL光学深度和康普顿化效率变化。
• 观测到的谱行为与CENBOL边界层形成风一致，风速率取决于激波压缩比和流体参数。
• 结果支持一个自洽的吸积-风情景，其中风动力学直接调制谱态，将X射线与射电变异性联系起来。