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LMXBトランジェント
4U 1608－52 と Aql X-1の
光度曲線と状態遷移の解釈
三原建弘、浅井和美、松岡勝、杉崎睦、芹野素子(理研)、
上田佳宏（京大）、中平聡志、山岡和貴（JAXA）、根来均（日大）、
他 MAXIチーム
光度曲線解析に用いたモニタリングデータ
エネルギーバンド 検出器（データを使用した年月）
年
XTE/ASM（1996.1-2009.8）
約13年半
2-10keV
MAXI/GSC（2009.8-2013.2）
約3年半
15-50keV
Swift/BAT(2005.2-2013.2)
約8年
AqlX-1 GSC and BAT
Log Lx
37
Soft
← GSC 2-10keV
Hard-High
Hard-Low
36
光度変化パターンの分類に使用
37
← BAT 15-50keV
36
35
50日
←15-50keV/2-10keV
ソフト/ハード状態の区別に使用
55150
55200
55250
55300
Lx[erg/s] Soft
1037
1036
BAT開始
Hard-high
Hard-low
4U1608-52
ASM
1
ASM
2
ASM
3
ASM
4
ASM
5
ASM
6
ASM
7
ASM
8
ASM
9
ASM
10
ASM
11
MAXI 12
MAXI 13
MAXI 14
Lx[erg/s]
1037
1036
BAT開始
Soft
Hard-high
Hard-low
AqlX-1
ASM
1
ASM
2
ASM
3
ASM
4
ASM
5
ASM
6
ASM
7
ASM
8
ASM
9
ASM
10
MAXI 11
MAXI 12
MAXI 13
矮新星と同じリミットサイクル
矮新星SS cygniの光度曲線（Wheatley et al. 2003）
.
Ｍは同程度
内側への降着率
明
暗
天体
アウトバースト継続時間
再帰時間
矮新星
1-3日
1-3週
LMXB
1-3ヵ月
1-3年
電離
中性
矮新星の場合：
降着円盤 外縁部の熱不安定性モデル
で説明（水素が電離した状態と中性水素
の状態の二つの安定した状態）
LMXBの場合：時間スケールが50倍長い。
連星間距離が２倍大きい。⇒２倍大きい円盤ができている。
円盤全体にガスがたまるのに時間がかかる。
電離状態になると降着率が大きくなりアウトバーストするが、X線
による加熱で、中性水素の状態に戻るのが抑制され、アウトバース
ト継続時間が長くなる。
(King et al 1998）
Lx[erg/s] Soft
1037
1036
hard-High
hard-Low
4U1608-52
H→L
ASM
1 ③
H→L ASM 2 ③
ASM
3 ③
L→H
ASM
4 ③
L→H
ASM
5 ③
ASM
6
H→L
ASM
7 ③
H
ASM
8 ②
ASM
9
L→H
④ L→H→L
BAT開始
④ L→H→L
H
ASM
10 ②
H→L
ASM
11 ③
H→L
MAXI 12
③
H→L
MAXI 13
③
MAXI 14
アウトバースト間の光度変化パターン
①すべてハードロー(L)
ASM
MAXI
③直前直後以外は
ハードロー(L)
②すべてハードハイ(H)
High
MAXI
H → L → H の例
Low
④途中で L → H → L がある
ASM
H→L→H→L
状態
4U1608－52
（13個）
AqlX-1
（12個）
①
0%(0個)
42%(5個）
②
15%(2個)
0%(0個)
③
70%(9個)
25%(3個)
④
15%(2個)
33%(4個)
※③には、
3つのパターンがある
1.H → L → H
2.H → L → L
3.L → L → H
X線光度曲線と低温円盤のリミットサイクルの対応①
Ｘ
線
光
度
溜めたガスを解放する明るい状態
内側では、
Soft状態
←Meyer & Meyer(1981) の縦軸：
降着率を中性子星表面でのＸ線光度
に変換した図
準周期的な光度変化は説明できる。
アウトバースト開始
4U1608-52、AqlX-1の
プロペラ効果光度
内側では
Hard-low
①すべてハードロー(L)
MAXI
ガスを溜める暗い状態
プロペラ効果中
[g
cm-2]@
円盤のガス面密度
①は説明できる。
他のパターンは一つのＳカーブでは説明できない
→Ｘ線照射による加熱効果を入れるとどうなるか？
r=1010.5
cm
X線光度曲線と低温円盤のリミットサイクルの対応②
Ｘ線照射の効果が大きいと②が説明可能
ホット円盤の場合は、質量降着率が
プロペラ効果のレベルまで落ちない。
Ｘ
線
光
度
②すべてハードハイ(H)
ASM
Ｘ線照射の効果
が大きいとき
プロペラ効果
Tirr=7500
Ｘ線照射の効果が時間ととも
に変化することを考えると③の
３つのパターンも説明できる
（次のスライド）。
Tirr=6000
Ｘ線照射なし
Tirr=0
Tuchman, Mineshige, and Wheeler (1990)
の縦軸：有効温度を光度に変換した図
円盤のガス面密度
[g cm-2]@ r=1010.5 cm
X線光度曲線と低温円盤のリミットサイクルの対応③
H→L→L
照射が大
小
H→L→H
無
L→L→H
降
着
率
HH状態
Ｌ
Ｈ
Ｌ
H
プ
ロ
ペ
ラ
効
果
H
Ｌ
Ｌ
状態
H
Ｌ
円盤のガス量
Ｘ線照射の効果が減少するにつれて、
Ｓカーブが、右側(低温側)へ移動していくことを考えると、
上記の３つのパターン（アウトバースト前後はHで中はL状態：③）
が説明可。
LからHへ変化した後、再びLへ戻る場合（④）は？
↓
Ｓカーブ状の下のブランチを右に移動することでは説明できない。
Lx[erg/s]
1037
H1
H2
1036
特徴
 可視光：アウトバースト
 Ｘ線：ハード状態
 Ｘ線：小さいピーク光度
AqlX-1: No9
H3
通常のアウ
トバースト
ピーク光度 [erg/s]
H1
(4.8±0.7) ×1036
H2
(3.1±0.2) ×1036
H3
(4.1±0.3) ×1036
2-10keV
15-50keV
円盤外縁（可視光）は上のブランチに遷移し
たが、
円盤内側（Ｘ線）は、ソフト遷移しなかった？
15-50keV/2-10keV
外側の低温円盤と内側の高温円盤の比較
Log Lx
[erg/s]
38
37
36
内側の高温円盤：Abramowicz (1995)
の縦軸：降着率を中性子星表面でのＸ
線光度に変換した曲線
光学的厚い
円盤のブランチ
内側の円盤では遷移
を起こさずにハード状
態にとどまっている
外側の低温円盤：
Tuchman, Mineshige,
and Wheeler (1990)の
縦軸：有効温度を光度
に変換した曲線
Tirr=7500
1036で遷移
Meyer-Hofmeister et al.(2005)
Tirr=6000
Tirr=0
35
光学的薄い
円盤のブランチ
ピーク光度が(3～5) ×1036erg/sでは、外側の円盤が上のブラン
チに遷移しても、内側の円盤は、遷移しない場合ではないか？
まとめ
矮新星のリミットサイクルとＢＨの円盤状態の相図をＬＭＸＢトラン
ジェントに応用することでLMXBの光度変化をほぼ説明できた。
１．回帰活動によるソフトからハード状態への光度変化パターンは、
円盤外縁のリミットサイクルに、
プロペラ効果とＸ線照射による効果を入れることで、
定性的な説明は可能である。
２．ソフト状態に遷移しないアウトバースト（ハードアウトバースト）は、
可視光でアウトバーストが観測されていることから、
円盤外縁では、電離のブランチに遷移を起こしたものの、
内側円盤では光学的に薄い円盤（ハード状態）にとどまっている
と考えられる。
しかし、
アウトバーストよりもかなり低いピーク光度（5×1036erg/s以下）で、ソフト状
態になる場合がある。可視光でアウトバーストしているかどうかは不明である。
もし、可視光でアウトバーストしていないならば、内側の円盤のみが、光学的に
厚い円盤（ソフト状態）に遷移した可能性がある。
嶺重：内側の方(abramowics)は、まだ定説ではない。加熱とか、。。とかある。