[论文解读] X-ray reflection in Galactic Black Hole Candidates: smeared edge profiles and resonant Auger destruction

R. R. Ross, A. C. Fabian+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 1995

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 64

一句话总结

本文使用在几何薄、光学厚吸积盘中的相对论性辐射转移模型，模拟银河系黑洞候选体中的X射线反射，表明多普勒展宽和共振俄歇湮灭会抑制铁Kα发射线，即使荧光作用很强。关键结果是，共振俄歇过程可解释高度电离、倾斜盘中观测到的铁线减弱现象。

ABSTRACT

We consider the spectra of Thomson-thick, geometrically-thin accretion discs around Galactic black hole candidates in the reflection model and compute their iron K edges and iron K$α$ lines. We compare the smeared iron K edge profiles that we compute with observation and find them to be a satisfactory description of the data. We find that a combination of Doppler broadening and resonant Auger destruction of line photons can make iron K$α$ lines very difficult to detect in highly ionized inclined discs. We detail the physics of resonant Auger destruction at the level it is currently understood and point out its implications.

研究动机与目标

• 解释尽管存在强烈的荧光预期，为何银河系黑洞候选体的X射线光谱中观测到的铁Kα发射线如此微弱。
• 研究共振俄歇湮灭在抑制高度电离、相对论性展宽的铁K边线发射中的作用。
• 使用非局部热动平衡（non-LTE）辐射转移方法，对相对论性、光学厚吸积盘中的模糊铁K边轮廓进行建模。
• 评估线抑制对高电离、倾斜盘中铁K线可探测性的影响。
• 探讨共振俄歇过程对X射线双星中光谱拟合和盘物理的影响。

提出的方法

• 使用Fokker-Planck、光学厚辐射转移代码，在非局部热动平衡条件下计算光谱，包含非相干康普顿散射。
• 在6至20 rg之间，对围绕10 M☉史瓦西黑洞的几何薄、α-粘性吸积盘进行建模。
• 在具有局域麦克斯韦电子分布的完全非局部热动平衡等离子体中，计算电离结构和辐射转移。
• 纳入由相对论性整体运动引起的多普勒展宽，以及Fe离子从Fe XVI至Fe XXIV的共振俄歇湮灭。
• 采用宇宙元素丰度，并将能量产生与气体密度成正比。
• 使用xspec光谱拟合软件，并通过多普勒轮廓和振子强度计算线光学厚度。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在银河系黑洞候选体的X射线光谱中，尽管荧光作用强烈，铁Kα发射线仍如此微弱？
• RQ2 多普勒展宽和共振俄歇湮灭在多大程度上能解释高度电离、倾斜盘中无法探测到Kα线的现象？
• RQ3 相对论性盘中模糊铁K边轮廓与观测结果相比如何？
• RQ4 共振俄歇湮灭在抑制Fe XVI至Fe XXIV离子中荧光产额方面起什么作用？
• RQ5 观测到的Kα线缺失是否能约束内盘粘性定律或湍流运动？

主要发现

• 共振俄歇湮灭将Fe XVI–XXIV离子的Kα线荧光产额从约0.48降低至最低0.1，解释了其无法被探测的原因。
• 多普勒展宽与共振俄歇湮灭的共同作用，使得在高度电离、倾斜盘中探测铁Kα线极为困难。
• 计算得到的模糊铁K边轮廓与观测数据高度吻合，支持了银河系黑洞候选体的反射模型。
• 铁K边起始于约7.1 keV，表明无需高电离态（如Fe I），这与早期假设相矛盾。
• 共振俘获与俄歇湮灭在数个汤姆孙平均自由程内发生，导致绝大多数线光子在逃逸前被破坏。
• 整体湍流速度超过30 km s⁻¹可能降低线光学厚度，使线形成成为可能，暗示其与粘性定律之间可能存在关联。