[论文解读] The Jets and and Supercritical Accretion Disk in SS433

S. Fabrika|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 4被引用 25

一句话总结

本文综述了SS433中独特的超爱丁顿吸积盘与相对论喷流，该系统为一个质量巨大的双星系统，其中相对论性致密天体（很可能是黑洞）以超爱丁顿速率吸积气体。研究提出，该系统的进动喷流与致密吸积盘风产生可观测特征——如展宽且可变的发射线以及X射线吸收特征——为识别面朝向的超爱丁顿吸积系统（包括其他星系中的极端明亮X射线源，ULXs）提供了模板。

ABSTRACT

(abridged) The review describes observations of SS433. The main difference between SS433 and other X-ray binaries is the supercritical regime for the gas accretion onto the relativistic star (most likely a black hole), which has lead to the formation of collimated relativistic jets. The properties of the jets are determined by their interaction with the disk wind. The precession of the disk and jets, as well as the eclipsing in the binary system, make SS433 a unique laboratory for studies of mechanisms for the microquasar phenomenon. Essentially all photometric and spectroscopic properties of SS433 are determined by the accretion disk and its orientation, but the disk itself is not observed, being located beneath the photosphere of the dense wind. Observational manifestations of the wind and of gas flows in the system are described. Little is known about the structure of the central regions where the hot bases of the jets are located. The available X-ray, UV, and optical observations point towards the picture where the bases of the jets are surrounded by cocoons of hot gas reradiating emission from the inner regions of the jet channel. Direct investigations of this channel in the supercritical accretion disk of SS433 are not possible; however, a similar object oriented face-on would likely be an extremely bright X-ray source, such as ultra-luminous X-ray sources observed in other galaxies.

研究动机与目标

• 理解SS433中相对论喷流的形成与动力学机制，SS433是独特的超爱丁顿吸积系统。
• 解释该系统复杂光变与光谱变异性（包括进动与轨道调制）的起源。
• 确立SS433作为理解其他星系中微类星体与极端明亮X射线源（ULXs）的原型。
• 识别可观测特征——尤其是X射线与光学光谱中的特征——以揭示面朝向系统中的超爱丁顿吸积盘。
• 研究吸积盘风与赤道外流在塑造系统辐射与遮蔽中心吸积盘中的作用。

提出的方法

• 分析了数十年来对SS433的多波段光变与光谱数据（光学、紫外、X射线、射电）。
• 利用多普勒频移发射线的运动学建模，推断喷流速度、进动周期与准直性。
• 应用X射线谱分析（ASCA、Chandra）检测窄、多温度喷流与不均匀性。
• 使用Shakura-Sunyaev理论建模超爱丁顿吸积盘，推断质量转移速率（约10⁻⁴ M☉/yr）与盘结构几何。
• 提出，喷流漏斗中高度电离的Fe、Si、S与Mg离子的X射线吸收线可能揭示吸积盘结构。
• 将SS433与河外星系中的ULXs进行比较，提出展宽且可变的X射线吸收线可作为面朝向超爱丁顿系统的识别标志。

实验结果

研究问题

• RQ1 SS433中的相对论喷流如何形成并维持准直性，尽管吸积速率极高？
• RQ2 系统光 light curves 与谱线中观测到的进动与轨道变异性由何引起？
• RQ3 吸积盘风与赤道外流如何影响观测到的辐射并遮蔽中心吸积盘？
• RQ4 SS433中未能直接探测到吸积盘，这一现象能否与存在超爱丁顿吸积盘相协调？
• RQ5 X射线谱中哪些可观测特征可识别面朝向的超爱丁顿吸积系统，如其他星系中的ULXs？

主要发现

• SS433表现出持续的超爱丁顿吸积率，约为10⁻⁴ M☉/yr，导致形成超爱丁顿吸积盘与以0.26c速度喷出的相对论喷流。
• 光学与射电喷流表现出约162天的进动周期，导致发射线出现周期性多普勒频移。
• X射线观测（Chandra）揭示了窄、多温度喷流，具有不均匀性与可变性，表明其内部结构复杂。
• 该系统的光学与紫外光 light curves 显示出进动、轨道与摆动调制，亮度骤降与吸积盘遮蔽有关。
• He II与Hβ线轮廓表明存在径向速度高达约10,000 km/s的吸积盘风，且吸收特征受进动调制。
• 理论建模预测，面朝向的超爱丁顿系统将表现出非常展宽且复杂的X射线吸收线（从Kα到Kc），来自高度电离的Fe、Si与S离子，若具备高信噪比X射线光谱，这些特征可被探测到。