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方位角方向磁場を考慮した ブラックホール降着円盤定常解 の動径構造 © 2006 Max-Planck-Gesellschaft 小田 寛(千葉大) 町田真美(国立天文台)、中村賢仁(松江高専)、松元亮治(千葉大) ブラックホール候補天体の X線状態遷移 SlimDisk 低E：ソフト成分 高E：Steep PL Energy [ keV ] Hardness-Intensity ダイアグラム の模式図 (Fender & Belloni ’04) Kawaguchi model p-free model Energy [ keV ] Very High Bright Hard Ecut～50-200keV 明 光度と反相関 PL+ cut off Energy [ keV ] High/Soft Low/Hard Energy [ keV ] 暗 Jet line DDB+PL Ecut～200keV ソフト PL+ cut off ハード Energy [ keV ] α-disk モデル ADAF/RIAF 放射は非効率 Slim 熱平衡曲線＠５rs 光子捕獲により 放射は非効率 α=0.05 移流 熱 移流 熱 放射圧優勢 ガス圧優勢 高温(Ti～1011K, Te～109K) 低温(T～107-8K) SlimDIsk状態 ADAF/RIAF Low/Hard状態 標準 効率よく放射 低温円盤＋高温コロナ ガス圧優勢 表面密度 薄い 光学的厚み 厚い 放 射 熱 低温(T～107K) Very High状態? High/Soft状態 問題点＆ヒント 電子温度-光度の関係 GX 339-4 • 問題点：Bright Hard状態は？ – ハードなまま光度が0.2LEdd以上に達する • ADAF/RIAFは(α～１でも)せいぜい0.1LEddまで • ADAF/RIAFでは温度はほぼ一定 – ADAF/RIAFでは説明できない別の熱平衡状態？ ~0.06LEdd – ～0.06LEdd以上で光度と電子温度に反相関 ~26keV 電 子 温 度 光度 Miyakawa et al. ‘08 • ヒント：放射冷却を含めた光学的に薄い円盤の３DMHD – ADAF/RIAF→降着率が上がり臨界表面密度を超える→放射冷却に より円盤温度低下→光学的に薄い磁気圧優勢な準定常状態 • 放射が効率的で(ADAF/RIAF状態より)明るい • ADAF/RIAFより低温(～108K)、温度と光度に反相関？ ADAF/RIAF状態 表面密度 Machida et al. ‘06 ADAF/RIAF 密度 温度 <Bφ> 磁気圧優勢 密度 温度 <Bφ> ３DMHDの結果を踏まえて磁場を含めて一次元定常モデルを構築 新たな仮定：方位角成分が優勢な乱流磁場 マックスウェルストレスは全圧に比例 磁場を決めるパラメータ磁束降着率を導入 基礎方程式 質量保存 M 角運動量保存 円筒座標( ,, z) M 2v K in 2 2T M Wgas Wrad Q Qrad エネルギー式 2 2 2N 3 Wgas Wrad Wmag 円盤の厚み H K 2 2 ※ < >: 方位角方向平均 ストレステンソル B B 4 T 加熱項 Q T dK d 冷却項 光学的に薄い極限で熱的制動放射、 光学的に厚い極限で黒体放射 (e. g. Narayan & Yi ’95, Abramowicz et al. ’96) 磁束降着率 Machida et al. ’06 ではζ～1 v B dz v B0 ( ) 4 H out (M ) out dz (Wgas Wrad Wmag ) 結果：熱平衡曲線＠５rs 質 量 降 着 率 α=0.05 ζ=-1.5 極弱磁場 0 弱磁場 0.7 強磁場 プ ラ ズ マ ベ ー タ low-β 光 学 的 厚 み ADAF 温 度 幾 何 学 的 厚 み 表面密度 従来 Q (Wgas Wrad ) ADAF Slim low-β 表面密度 dK d ３DMHDでは低温でガス圧(輻射圧)が 小さくても加熱率は小さくない 今回 ADAF Q B (Wgas Wrad Wmag ) dK d low-βブランチでは 磁気加熱Q+～放射冷却Q-rad H-Iダイアグラム VS. 熱平衡曲線 Hardness-Intensity ダイアグラム 熱平衡曲線：質量降着率-温度、光学的厚さ (Fender & Belloni ’04) Slim H/S 降 着 率 標準 ソフト L/H α=0.05 ζ=-1.5 極弱磁場 0 弱磁場 0.7 強磁場 明 Bright Hard ADAF 暗 VH Jet line 明 暗 温度 ハード 光学的厚さ ソフト ハード • Hard-to-Soft遷移を（VH状態を除いて）説明 – low-βでは降着率と温度は反相関→Bright Hard状態で観測される光度 -電子温度の反相関も説明できる • 磁気圧優勢円盤からジェットと共に磁束が抜けてSlim or 標準円盤 に遷移すると考えればJet lineも説明できそう？ 結果：半径依存性(各半径の熱平衡解の繋ぎ合せ) 質 量 降 着 率 α=0.05,ζ= 0 の 各半径の熱平衡曲線 15rs 158rs 500rs 50rs 5 rs 温 度 半径 表面密度 プ ラ ズ マ ベ ー タ 円 盤 の 厚 み 半径 半径 0.39MEdd 0.01MEdd 0.05MEdd 100MEdd ζ=0.7 0.10MEdd 10MEdd 0.12MEdd 0.01MEdd 0.39MEdd 0.05MEdd 0.10MEdd 100MEdd 10MEdd 0.12MEdd 0.01MEdd 0.10MEdd ζ=0 ζ=-1.5 0.05MEdd 100MEdd 10MEdd 0.12MEdd 結果：半径依存性(各半径の熱平衡解の繋ぎ合せ) 0.39MEdd M=0.12MEddに注目すると… 不安定な光学的に ADAF 放射圧優勢 厚い 円盤 low-β 光学的に 光学的に ADAF 厚い 薄い low-β low-β 高温で光学的に薄いADAF(コンプトン雲)と 低温で光学的に厚いlow-β(種光子供給)が隣接 光学的に 薄い ADAF low-β Very Highの候補 まとめ ３DMHDの結果を踏まえて磁場を考慮して一次元定常モデル マックスウェルストレスは全圧に比例すると仮定 磁場を決定する為に磁束降着率をパラメータとして与える 質量降着率をパラメータとして与えるのと同じ 但し一定とは限らないので半径依存性を考慮 磁気加熱と放射冷却が釣り合うlow-βブランチ 質量降着率は比較的高く、温度と反相関 従って加熱率も全圧に比例 光学的に薄い場合はBright Hard状態に対応 ADAFと光学的に厚いlow-βが隣接する場合はVery High状態の候補 今後の課題 本来は遷音速解を解くべき 冷却項にシンクロトロン、逆コンプトン散乱を含むべき それには電子温度をより正確に扱う二温度モデルは必須 コード開発中 光学的に薄い場合のみのものは2007年春期年会で発表 磁気圧優勢円盤はいずれ磁場が抜け、ジェットを噴出し、標準円盤へ遷移す ると考えられる 輻射磁気流体シミュレーションを行う必要がある FLDを用いた輻射磁気流体コード開発中