X線連星のLow/Hard状態における降着円盤 雑誌会 2008年4月14日（月） 略語：BHB:Black Hole Binary 　　　 ISCO:Inner most Stable Circular Orbit HS状態 vs LH 状態

Introduction① -X線連星(XRB)とは 4年生用イントロ（いなかったらすっ飛ばし） Introduction①　-X線連星(XRB)とは ブラックホール又は中性子星＆通常の恒星との連星 現在301個の存在 (Liu et al. 2007; 2006) X線 ※伴星の質量によってクラス分け 大質量X線連星 (HMXB) 可視≒伴星 低質量X線連星 (LMXB) 可視=伴星 or 降着円盤 可視光線 10M8が境界線（Lewin et al. 1993) ロッシュローブ いずれも、X線で見える領域は降着円盤!!

Introduction② 降着円盤の状態 M1以下用イントロ（いなかったらすっ飛ばし） Introduction② 降着円盤の状態 質量降着率 Very high state Very strong thermal (disk) emission Very strong hard tail Strong variability (QPO 1 – 450 Hz) High/soft state　(Thermal dominant State) Strong thermal (disk) emission Intermediate state Thermal & non-thermal emission Strong variability Low/hard state Strong hard tail Strong variability (QPO 0.01 – 10 Hz) Quiescent (off) state Low luminosity Hard tail dominant high standard disk ADAF low Esin et al. (1997)

Introduction ~本編 降着円盤ジオメトリを探る手段 @Lx＜10%LEdd ①：X線のエネルギースペクトル ②：QPO ◎スペクトルに見える構造 　　　相対論的効果を受けた鉄Kα輝線（Reynolds & Nowak 2003) 　 disk による 相対論的(!?)reflection成分*(Miller et al. 2002) ⇒ISCOを支持 ◎スペクトル状態＝HS状態　⇒ disk black body : Tin ~ 1keV 　　　⇒ISCOを支持（HS状態やVery High StateではRinを推定可能） ②：QPO 　　　（QPOが何かは議論中。。。ここではケプラー回転diskから来ると仮定） 　　　◎典型値100－500Hz　（Remillard et al. 2002) ⇒ISCOを支持 HS状態では降着円盤はISCOまであることは確かだろう（市民権!?） あとは、BHBのHS状態のPower-law放射が課題か!?

本論文の着眼点 どうやら、LH状態でもBH近傍に降着円盤が存在できそう LH状態での降着円盤のジオメトリは良くわかっていない ※通説に対する反論と最近 ・検出器の感度問題（PCA~3keV以上） ・電離度が上がると反射しなくなる!? ・Newton の観測によりGx 339-4にISCO 　のdiskが発見!! 　⇒0.4keVのdisk black body 反射成分 　　相対論的効果を受けた鉄輝線 Rin~4Rg,Tin~0.4keV@0.05LEdd ・Cyg X-1（←ASCA）も同様の結果 Rin~6Rg, Tin~0.2keV@?~~0.001LEdd ・熱的成分が消える(above 3keV) ・パワースペクトルの典型的振動数 （QPO!?)が小さくなる ・diskによる反射成分もない 　　　　　　　　　↓ ※これまでの通説 ・BH付近はADAF状態 or コロナ 　⇒ICをプロセスとしてX線放射 ・降着円盤最内縁半径Rinが大 　⇔diskが後退し、コロナがかぶる しかし どうやら、LH状態でもBH近傍に降着円盤が存在できそう

紹介する論文は… Swift observation of the cooling accretion disk of XTE J1817-330 Rykoff et al. 2007, ApJ, 666, 1129 2006年outburstしたBHC XTE J1817-330のSwift観測－最小で0.001LEdd Broadband X-ray spectra of Gx 339-4 and geometry of accreting Black holes in the hard state 　　Tomsik et al. 2008, astro-ph 0802.3357 2007年outburstしたGx 339-4のSwift観測－0.023と0.008LEdd

Rykoff et al. (2007) Result HS状態からLH状態への遷移が起こる 降着円盤起源diskbbが弱くなっていく。 (観測初期：hard excess←IC起源!?) PL dominantになる。 スペクトル：diskbb+PL or CompTT 　　　　　　　　　　　↓ 完全に消えるわけではない。 温度0.8～0.2keVへ冷えていった。 DBB PL PL PL DBB DBB 10 10 10

Rykoff et al. (2007) 最重要Result 　　diskbb: Fdisk∝Rin2Tin4 　　 disk flux と Tinの関係 　~4乗のラインにだいたい乗る 　　　　　　　　　↓ Rinは、HS状態からLH状態に遷移したものの、ほとんど変化なし 　　　　　　　　 ↓ 状態遷移と同時にdiskの後退現象が始まるわけではない!! 　　　　　0.4keVのdiskbbはPCAでは無理 4.3 3.3 GRO J1655-40でも同様のことが言える。ただし、NHをきちんと 求めてなければ、いけない（disk成分を見逃してしまう。） 怪しい。。。

データ：GRO J1655の2005年アウトバースト(Brocksopp et al. 2006) 　　　　　LH状態からHS状態への遷移が確認された。 　　　　　ただし、LH状態のスペクトルはPL onlyで良し。 Rykoff et al. (2007)の主張 赤：6.66*1021cm-2 青：5.8*1021cm-2 NHをfreeにしてfitしたのがまずい!! NH ~5.8×1021cm-2 < HS状態のNH (Brocksopp et al. 2006) NHを変化させたfitだとdisk放射を見逃す 　　　　　　　　　　　↓ NHは固定すべき＝6.66×1021cm-2 ⇒1996年のoutburst時のもの LH状態も diskbb + poでないとダメ。 Tin ~ 0.25keV@~~0.001LEdd Fdisk∝Tin4も満たす。Rinは変化しない リアルにdiskが見えるのか!?

Rykoff et al. (2007)のまとめ XTE J1817-330のSwift観測 HS状態からLH状態への遷移、disk温度が0.8－0.2keVになるのを確認。 Fdisk∝Tin4だったので、Rin一定~60km=4rg（質量と距離は仮定）(rg＝GM/c) GRO J1655-40も同様である（!?）

Tomsick et al. (2008)の前に ※先行研究：Miller et al. (2006)＠Lx~0.05LEdd RXTEのスペクトル＝PL⇒LH Newtonのスペクトルは。。。 Diskbbをたすとexcessはきえる ⇒4±0.5rg もっと暗くなればどうなる!? Power-lawだけだとsoft excess →　diskの存在

Tomsick et al. (2008) 0.023LEｄｄと0.008LEｄｄ 図3 Power-law　⇒　ダメ 残差を取り除くために。。。 diskbb + PL + kdblur_(laor 　　　　+ pexriv) 　　 相対論的効果を diskの反射成分 　　　　　　　 　　　　　　　　 含んだ輝線

そのFit結果は 0.023LEｄｄ 0.008LEｄｄ χ2/dof=325/205 χ2/dof=191/205

Discussion ※パラメータの議論 反射成分：reflection factor R＝Ω/2πが両者0 ではない~0.23 　　　　　　　 Miller et al. (2006)も同じ値 　　　　　　　　⇒0.05LEddから0.008LEddまででジオメトリに変化なし　　　　　　　 　　　　　　　Rin < 5Rg@0.023LEdd & 0.008LEdd ~4Rg@0.05LEdd 　　　　　　　　⇒Rinにほとんど変化なし 　　　　　　　　Fe lineは0.008LEddの場合いらないかも。。。 　　　　　　　　line成分を除いてre-fitすると、Rin < 10Rg 図6 ・Reflection factor をみると明るさによるdiskジオメトリに変化なし ・0.008LEddだけlineをのぞくと、10Rgまでdiskが後退している可能 　性を否定出来ない。 　（Reflection factorの値がないのでこれ以上はわかりません。）

Discussion Rinの変化を示唆している!! Rykoff et al. (2007)のFdisk∝Tin4も満たしていない diskbb: Normが0.008LEddでは0も許容 　　　　　　⇒降着円盤の変化を示唆 　　　　　　Tin or Norm or both Millerらとの比較（0.023LEddのみ） 　　　　　　Fdiskは両者~3*10-10erg/s/cm2 　　　　　　Tin~0.2keV@0.023LEdd ~0.4keV@0.05LEdd 　　　　　　Norm~6000@0.023LEdd 　　　　　　　　　　　　　 ~700@0.05LEdd 0.023 0.008 Rinの変化を示唆している!! Rykoff et al. (2007)のFdisk∝Tin4も満たしていない SPL状態(Zdziarsiki et al. 2003)ではRin~2-3Rg 　⇒diskは徐々に徐々に後退していっているかもしれない

いろんなBHBのLH状態のdisk BHB Rin Tin L/LEdd Gx 339-4 ~4Rg 0.4 0.05 <5Rg 0.2 0.023 <10Rg ? 0.008 Cyg X-1 ~6Rg* 0.001? XTE J1817-330 ~4Rg* 0.001 SWIFT J1753.5-0127 ~2Rg* 0.003 <4Rg** 0.001LEddまでADAF中にCool diskが存在可（Liu et al. 2007)