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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
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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!!
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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)
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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!?
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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 ・Cyg X-1(←ASCA)も同様の結果 Rin~6Rg, ・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
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紹介する論文は… Swift observation of the cooling accretion disk of XTE J Rykoff et al. 2007, ApJ, 666, 1129 2006年outburstしたBHC XTE J のSwift観測-最小で0.001LEdd Broadband X-ray spectra of Gx and geometry of accreting Black holes in the hard state Tomsik et al. 2008, astro-ph 2007年outburstしたGx 339-4のSwift観測-0.023と0.008LEdd
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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
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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 J 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。。。
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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 ~ Fdisk∝Tin4も満たす。Rinは変化しない リアルにdiskが見えるのか!?
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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 J も同様である(!?)
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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
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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
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そのFit結果は 0.023LEdd 0.008LEdd χ2/dof=325/205 χ2/dof=191/205
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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 < & 0.008LEdd ⇒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。)
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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 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
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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 J ~4Rg* 0.001 SWIFT J ~2Rg* 0.003 <4Rg** 0.001LEddまでADAF中にCool diskが存在可(Liu et al. 2007)
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