ブラックホール連星系のlow/hard stateの最近

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1 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　 　　 担当：植村

2 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/ 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 J ” J. M. Miller, et al., 2006, astro-ph/ SWIFT J 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/ ADAF中にcool diskが存在する理論的可能性について

3 Introduction : Observational properties of BHXNe Time evolution of X-ray states
100 days X-ray spectrum Very high state High/soft state Low/hard state 1 keV 10 keV X-ray light curve (Tanaka & Lewin 1995)

4 Introduction: Accretion onto black holes
Standard accretion disk model Shakura & Sunyaev (1973) multi-temperature black body spectrum thermal emission in the high/soft state 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. Optical X-ray

5 Introduction: Accretion onto black holes
Advection-dominated accretion flow (ADAF) Narayan & Yi (1994) optically thin geometrically thick radiatively inefficient Spectrum from ADAF (e.g., Manmoto et al. 1997) Bremsstrahlung Compton Scattering → hard-tail Synchrotron optically thin Slim (optically thin) ADAF Standard optically thick Thermal equilibrium curve for accretion disks (Abramowicz et al. 1995)

6 Introduction : X-ray states & Accretion disks
Mass accretion rate Very high state Very strong thermal (disk) emission Very strong hard tail Strong variability (QPO 1 – 450 Hz) High/soft 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)

7 Low/hard stateのトピックス ジェットが常に出ている！？ Low⇔high state遷移時にジェット放出？
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

8 イントロまとめ Low/hard state ＝ multicolor disk なし 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 なのに、

9 観測 Miller et al., 2006a Miller et al., 2006b 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 J ：　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

10 RXTE（だけ=hard）のスペクトルは・・・
GX339-4 (LX/LEdd~0.05) SWIFT J (LX/LEdd~0.003) Simple absorbed power-law Power-lawだけで問題無し→low/hard state

11 XMM-Newtonを合わせると・・・ Power-lawだけだと soft側に超過 → diskの存在
GX339-4 (LX/LEdd~0.05) SWIFT J (LX/LEdd~0.003) Power-lawだけだと　soft側に超過 　　→　diskの存在

12 Disk成分を足すと・・・ すっきり。 GX339-4 (LX/LEdd~0.05)
SWIFT J (LX/LEdd~0.003) すっきり。

13 定量的な評価とフィッティングに対する議論
SWIFT J 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

14 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。

15 ←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
Mass accretion rate 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 standard disk ADAF Esin et al. (1997)

16 まず、普通のADAFの場合 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 （このあたり）

17 ところが cool disk があると、 Cool disk が存在し続ける条件は？ 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 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？ （このあたり）

18 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

19 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。

20 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 J 他の hard X-ray nova

21 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？