Transcript ブラックホール連星系のlow/hard stateの最近

ブラックホール連星系の
low/hard stateの最近
月曜論文紹介ゼミ 20060703
担当：植村
紹介論文
• “A Long, Hard Look at the Low-Hard State in
Accreting Black Holes”
– J. M. Miller, et al., 2006, astro-ph/0602633
– GX339-4の解析でlow state中にcool diskが見えた
• “A Prominent Accretion Disk in the Low-Hard
State of the Black Hole Candidate SWIFT
J1753.5-0127”
– J. M. Miller, et al., 2006, astro-ph/0605190
– SWIFT J1753.5-0127で（同上）
• “An Inner Disk below the ADAF: the
Intermediate Spectral State of Black Hole
Accretion”
– B. F. Liu, et al., 2006, astro-ph/0606217
– ADAF中にcool diskが存在する理論的可能性について
Introduction : Observational properties of BHXNe
Time evolution of X-ray states
X-ray spectrum
100 days
Very high state
High/soft state
Low/hard state
1 keV
10 keV
X-ray light curve
(Tanaka & Lewin 1995)
Introduction:
Accretion onto black holes
• Standard accretion disk model
– Shakura & Sunyaev (1973)
multi-temperature black body spectrum
3 / 4
Optical
X-ray
• Teff  r
(T ~ 10 K at rg ; L  m )
• thermal emission in the high/soft state
7
– thermal instability → outburst
• similar to dwarf nova outbursts
• heating of an outer accretion disk by X-ray irradiation
• can explain their rising time-scale, exponential decay,
outburst frequency, amplitude, etc…..
– The hard tail (low/hard state) cannot be explained by
the standard model.
Introduction: Accretion onto black holes
• Advection-dominated accretion flow (ADAF)
–
–
–
–
Narayan & Yi (1994)
optically thin
geometrically thick
radiatively inefficient
•Lm
 2 (Te ~ 109 K )
– Spectrum from ADAF
(e.g., Manmoto et al. 1997)
• Bremsstrahlung
• Compton Scattering
→ hard-tail
• Synchrotron
optically thin
(optically thin)
ADAF
Slim
Standard
optically thick
Thermal equilibrium curve for accretion disks
(Abramowicz et al. 1995)
Introduction : X-ray states & Accretion disks
Mass accretion rate
• Very high state
high
– Very strong thermal (disk) emission
– Very strong hard tail
– Strong variability (QPO 1 – 450 Hz)
• High/soft state
– Strong thermal (disk) emission
standard disk
• Intermediate state
– Thermal & non-thermal emission
– Strong variability
• Low/hard state
ADAF
– Strong hard tail
– Strong variability (QPO 0.01 – 10 Hz)
• Quiescent (off) state
– Low luminosity
– Hard tail dominant
low
Esin et al. (1997)
Low/hard stateのトピックス
• ジェットが常に出ている！？
– Fender et al., 2000, 2005, etc…
– 電波ー可視域で非熱的放射？
• Low⇔high state遷移時に
ジェット放出？
• QPO等、variabilityが高い
• 磁気圧＞ガス圧！？
– MHD simulationを使った研究が
国内でも盛ん
Chen et al. 1997
イントロまとめ
• Low/hard state ＝ multicolor disk なし
な
の
に
、
• 最近、よく見ると disk が見えてきた！？
最初の２つの論文
• 理論モデルとの整合性は？
最後の論文
観測
• Miller et al., 2006a
–
–
–
–
GX339-4: 有名なBHXB
観測時： LX/LEdd~0.05
XMM-Newton, 2004 March 16, 280 ksec
RXTE, 2004 March 17, 2.2 ksec
• Miller et al., 2006b
–
–
–
–
SWIFT J1753.5-0127： 昨年5月に発見。BHC
観測時： LX/LEdd~0.003
XMM-Newton, 2006 March 24, 42 ksec
RXTE, 2006 March 24, 2.3 ksec
RXTE（だけ=hard）のスペクトルは・・・
GX339-4 (LX/LEdd~0.05)
SWIFT J1753.5-0127 (LX/LEdd~0.003)
• Simple absorbed power-law
• Power-lawだけで問題無し→low/hard state
XMM-Newtonを合わせると・・・
GX339-4 (LX/LEdd~0.05)
SWIFT J1753.5-0127 (LX/LEdd~0.003)
• Power-lawだけだと soft側に超過
→ diskの存在
Disk成分を足すと・・・
GX339-4 (LX/LEdd~0.05)
• すっきり。
SWIFT J1753.5-0127 (LX/LEdd~0.003)
定量的な評価とフィッティングに対する議論
SWIFT J1753.5-0127
• Disk の内縁半径が小さい！
– これまでLow/hard state時は 数100Rgとされていた
• パラメータ、モデルの依存性
– Column density の依存性弱
– 円盤モデルの依存性弱
前半まとめ
• Low/hard state時(LX/LEdd~0.003まで）でも、
cool disk が存在する。
• Variabilityやジェット放出のメカニズムは cool
diskの内縁の移動が原因ではない。
Mass accretion rate
standard disk
ADAF
←こうじゃなかったの？
• ADAF中に cool diskが
存在することができるの
か？
→次の論文
“An inner disk below the ADAF”
B. F. Liu et al., 2006
Esin et al. (1997)
まず、普通のADAFの場合
（このあたり）
• 解放された重力エネル
ギーの大半は（イオンの）
移流(advection)に使用
• イオン温度（＝ビリアル温
度）＞電子温度
• Brems.による放射冷却が
弱い
ところが cool disk があると、
• 熱伝導で cool disk付近の
イオン温度が減少
• 電子温度と等しくなるとこ
ろでカップリング
（このあたり）
• もし圧力が十分に大きいと、
Brems.で放射冷却
→ condensation to disk
Cool disk が存
在し続ける条件
は？
Z-方向のエネルギー収支を考える
z
• エネルギー保存:
• その解
Cool diskはできるのか？
• C<1で evaporation
• C>1で condensation
• α=0.2, m=0.02で、 r<80Rg で C>1
→ cool disk は存在できる！
– α=0.2, m=0.003でも、 r<25Rg で C>1
– Miller et al. 2006a,bの観測結果とも合う。
後半まとめ
• ADAF中の cool diskは理論的に可能
• 質量降着率が小さくなるほど cool diskが存在しにく
くなる （Lx<10^34-35 erg/s で不可能) 。
• soft→hard遷移が起こると、 cook disk成分の残り
が安定して存在。
• ずっとhard stateだと、disk成分はない
– Ex. XTE J1118+480他の hard X-ray nova
全体まとめ＆感想
• 複数のBHXBのlow/hard
stateでthermal diskを検
出
• エネルギー収支を考える
と存在は可能
• ジェットやQPOはdisk内
縁の移動には無関係
• さらにLxの低いところで確
認したいところ。
• Outburst初期では？