[论文解读] The December 2015 re-brightening of V404 Cyg: Variable absorption from the accretion disc outflow

J. J. E. Kajava, S. Motta+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 50被引用 6

一句话总结

本文利用 INTEGRAL 和 Swift/XRT 数据研究了 2015 年 12 月黑洞双星 V404 Cygni 的再次增亮现象，发现硬 X 射线耀斑受到来自吸积盘喷流的可变、近乎康普顿厚的吸收体调制。光谱行为与 2015 年 6 月首次爆发时高度相似，吸收和硬 X 射线光谱均表现出强烈变化，表明即使在低通量水平下，喷流驱动的遮蔽作用仍持续存在。

ABSTRACT

In December 2015 the black hole binary V404 Cyg underwent a secondary outburst after the main June 2015 event. We monitored this re-brightening with the INTEGRAL and Swift satellites, and in this paper we report the results of the time-resolved spectral analysis of these data. The December outburst shared similar characteristics with the June one. The well sampled INTEGRAL light curve shows up to 10 Crab flares, which are separated by relatively weak non-flaring emission phases when compared to the June outburst. The spectra are well described by absorbed Comptonization models, with hard photon indices, $Γ\lesssim 2$, and significant detections of a high-energy cut-off only during the bright flares. This is in contrast to the June outburst, where the Comptonization models gave electron temperatures mostly in the 30--50 keV range, while some spectra were soft ($Γ\sim 2.5$) without signs of any spectral cut-off. Similarly to the June outburst, we see clear sings of a variable local absorber in the soft energy band covered by Swift/XRT and INTEGRAL/JEM-X, which causes rapid spectral variations observed during the flares. During one flare, both Swift and INTEGRAL captured V404 Cyg in a state where the absorber was nearly Compton thick, $N_ extrm{H} \approx 10^{24}\, extrm{cm}^{-2}$, and the broad band spectrum was similar to obscured AGN spectra, as seen during the "plateaus" in the June outburst. We conclude that the spectral behaviour of V404 Cyg during the December outburst was analogous with the first few days of the June outburst, both having hard X-ray flares that were intermittently influenced by obscuration due to nearly Compton-thick outflows launched from the accretion disc.

研究动机与目标

• 表征 V404 Cygni 在 2015 年 12 月再次增亮期间的 X 射线光谱变异性，该事件为 2015 年 6 月主要爆发后的次级爆发。
• 研究在耀斑期间软 X 射线波段观测到的可变吸收的起源与特性。
• 确定 2015 年 12 月爆发期间的光谱行为是否与 2015 年 6 月爆发期间相似，特别是关于遮蔽与康普顿化现象。
• 探讨在低通量水平下持续存在的吸收变异性对喷流驱动机制的启示。
• 评估尽管吸积率接近爱丁顿极限的 20%，该源是否进入软态或仍保持硬态。

提出的方法

• 对 2015 年 12 月爆发期间收集的 INTEGRAL 和 Swift/XRT 数据进行时间分辨光谱分析。
• 通过吸收康普顿化模型（特别是 nthcomp 模型）拟合观测光谱，以推导光子指数 Γ、电子温度 kTe 和氢柱密度 NH。
• 通过 20–65 keV（INTEGRAL/ISGRI）和 2–10 keV（Swift/XRT）波段的光 light 曲线识别耀斑。
• 测量吸收体 optical depth 以确定其是否达到康普顿厚条件（τ > 1，对应 NH ≈ 1.5 × 10^24 cm⁻²）。
• 比较 2015 年 6 月爆发期间观测到的光谱趋势（如 Γ 与通量的关系），以评估吸积与喷流动力学的相似性。
• 分析高能截止的存在及其与通量和吸收的相关性，以推断康普顿化冕的性质。

实验结果

研究问题

• RQ1 V404 Cygni 在 2015 年 12 月再次增亮期间的光谱行为如何？与 2015 年 6 月爆发相比有何异同？
• RQ2 在耀斑期间观测到的快速光谱变化，特别是在软 X 射线波段，其原因是什么？
• RQ3 观测到的 X 射线变异性在多大程度上由来自吸积盘喷流的可变、近乎康普顿厚的吸收体驱动？
• RQ4 2015 年 6 月爆发期间负责遮蔽的相同喷流机制，能否解释 12 月在极低通量水平下的吸收变异性？
• RQ5 为何 V404 Cygni 尽管在 12 月爆发期间吸积率接近爱丁顿极限的 ~20%，却仍未转入软态？

主要发现

• 2015 年 12 月爆发期间观测到最多 10 次独立耀斑，每次耀斑之间均有较弱的非耀斑发射阶段，且 INTEGRAL 的光 light 曲线采样良好。
• 光谱最适于用吸收康普顿化模型描述，耀斑期间具有较硬的光子指数（Γ ≲ 2）和高能截止，而其他时段则无。
• 在一次耀斑中，吸收体达到近乎康普顿厚状态，NH ≈ 10^24 cm⁻²，产生与遮挡类星体相似的全波段光谱，且与 2015 年 6 月爆发中观测到的“平台”阶段高度相似。
• 在所有通量水平下均观测到可变吸收，包括在约 2 × 10⁻¹⁰ erg cm⁻² s⁻¹ 的非耀斑发射期间，表明吸收变异性即使在低光度下仍持续存在。
• 2015 年 12 月爆发期间的光谱行为与 2015 年 6 月爆发最初几天的行为类似，两者均表现为由吸积盘喷流调制的硬耀斑。
• 尽管吸积率接近爱丁顿极限的 20%，该源仍未进入软态或超亮态，表明在硬态下吸积盘仍能维持强烈的喷流。