[论文解读] The 1-12 Hz QPO and dips in GRS 1915+105: tracers of Keplerian and viscous time scales?

S. Trudolyubov, E. Churazov+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 3

一句话总结

本文研究了微类星体 GRS 1915+105 中 1–12 Hz quasi-periodic oscillations (QPOs) 与谱 dip 之间的关联，提出 QPO 频率的变化通过内盘边界的变化追踪了粘性 timescale。作者发现 QPO 频率与硬谱态持续时间之间存在紧密相关性，这与开普勒频率匹配 QPO 频率的半径处的粘性演化 timescale 一致，表明 QPO 源于粘性驱动的盘-康普顿化边界调制。

ABSTRACT

We analysed 9 RXTE/PCA observations of GRS 1915+105 in the flaring state, when the hardness of the source spectrum was changing on the time scales from few seconds up to 1000 seconds. The quasi periodic oscillations (QPOs) with the frequency varying between ~ 1 and 12 Hz are associated with the episodes of harder source spectrum. In each observation we found tight correlation between the duration of the hard episode and the characteristic QPO frequency. For a half of the observations this correlation matches the relation between the viscous time scale and the Keplerian frequency, when both quantities are evaluated for various radii in the radiation pressure dominated accretion disk. Assuming that the QPO frequency is proportional to the Keplerian frequency at the boundary between an optically thick accretion disk and a hot comptonization region, the changes of the QPO frequency can then be understood as due to variations of this boundary position on the viscous time scales.

研究动机与目标

• 理解微类星体 GRS 1915+105 中 1–12 Hz quasi-periodic oscillations (QPOs) 的物理起源。
• 研究 RXTE/PCA 数据中观测到的 QPO 频率与硬谱态持续时间之间的关系。
• 检验观测到的 QPO 频率演化是否与辐射压主导吸积盘中的粘性 timescale 相关。
• 确定 QPO 频率是否与冷盘与热康普顿化区域边界处的开普勒频率相关联。
• 探讨 QPO 机制是否由内盘边界的位置粘性演化驱动。

提出的方法

• 分析 GRS 1915+105 在爆发状态下的 9 次 RXTE/PCA 观测，重点关注谱硬度与时域变异性。
• 测量硬谱态持续时间并分析其与相关 QPO 频率的相关性。
• 计算辐射压主导吸积盘中不同半径处的粘性 timescale τ_vis = r² / (3ν) 与开普勒频率 f_K = (GM/r³)¹ᐟ²。
• 将观测到的 QPO 频率-持续时间相关性与粘性 timescale 与开普勒频率之间的理论关系进行比较。
• 假设 QPO 频率与内盘边界处的开普勒频率成正比，暗示 QPO 追踪了边界位置的粘性演化。
• 利用谱和时域数据推断光学厚盘与热康普顿化冕之间过渡区的位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRS 1915+105 中硬谱态持续时间与 1–12 Hz QPO 频率之间是否存在相关性？
• RQ2 观测到的 QPO 频率演化是否可由内吸积盘中的粘性 timescale 解释？
• RQ3 QPO 频率是否追踪内盘边界处的开普勒频率，表明与盘动力学存在物理解释？
• RQ4 QPO 频率与硬态持续时间之间的观测相关性是否与盘边界粘性演化一致？
• RQ5 何种物理机制可产生观测到的 QPO，其与吸积盘结构有何关联？

主要发现

• 在分析的 RXTE 观测中，有一半的观测显示硬谱态持续时间与 QPO 频率之间存在紧密相关性。
• 观测到的 QPO 频率与硬态持续时间的相关性与辐射压主导吸积盘中粘性 timescale 与开普勒频率之间的理论关系一致。
• QPO 频率被解释为与冷盘与热康普顿化区域边界处的开普勒频率成正比。
• QPO 频率的变化被解释为内盘边界位置在粘性 timescale 上的粘性演化所致。
• 结果支持一种模型，即 QPO 源于吸积盘内边缘处由粘性过程驱动的调制。
• 本研究提供了将 QPO 与基本盘 timescale 相关联的观测证据，表明 QPO 与吸积盘物理之间存在物理解释。