明るいハードステートに対応する 光学的に薄い降着円盤モデル Oda et al. Remillard et al. 2005 小田寛(千葉大自然) 町田真美(国立天文台)、中村賢仁(松江高専)、松元亮治(千葉大理) BHCsのX線スペクトル状態 L/LEdd T~107K 放射圧優勢 Slim? SlimDisk 1 T~107-9K 磁気圧優勢 T~107K Low-b ? 標準 High/Soft 0.1 ガス圧優勢 T~109K ガス圧優勢 Very High Low/Hard ADAF 0.01 Energy [ keV ] 明るいハードステート 円盤の半径方向の構造は? 光度曲線 H-Lダイアグラム 磁場を考慮した光学的に薄い円盤の 熱平衡曲線(二温度モデル) (前々回の年会) 移流項の近似は正しい?a=0.05 Edd ~0.06L スペクトルは? Soft Hard →光学的に薄い二温度遷音速解 MJD Gierliński & Newton 2006 ADAF 降 着 率 電子温度-光度の関係 電 子 ~26keV 温 度 Disk+Corona? Ti ADAF Te ~0.06LEdd 光度 Miyakawa et al. 2007 表面密度 Low-b ? GX 339-4 温 度 降着率 基礎方程式 質量保存 z 円筒座標( , , z) ※ < >: 方位角方向平均 M = 2v v 1 W W ln ΩK 1 v = 運動量保存 3 2 2 K B2 dz 4 磁気張力 B B 2 dz 角運動量保存 M in = 2 4 磁場(Maxwell Stress) による角運動量輸送 M kTe 1 ln Te ln ln H = ie Qrad 電子のエネルギー式 2 m 1 放射冷却 移流項 クーロン衝突による エネルギー輸送 M kTi 1 ln Ti ln ln H = Q ie イオンのエネルギー式 2 m 1 加熱 シューティング法で遷音速解を求める。(積分には後退オイラー法を用いた) 磁場について トロイダル磁場が優勢な乱流磁場 Maxwell aB = Stress と全圧の比 B B 4 ptot (Machida et al. 2006 では aB~0.1-0.05) 磁束降着率 v B dz = v B0 ( ) 4 H out r s (Machida et al. 2006 では z~1) z = 0 : 磁束保存( Ideal MHDの誘導方程式 ) z > 0 : BH近傍ほど磁束増加 z>0 z=0 z エネルギーバランス 放射冷却 加熱率:磁気エネルギーの散逸によるイオンの加熱 Q = B B 4 = a BW e クーロン衝突 (e.g., Machida et al. 2006 ;Hirose et al. 2006) ion 加熱 移流項 イオンに対しては(恐らく)冷却 電子に対しては? 冷却?加熱?効かない? (Nakamura et al. 1997 では加熱) クーロン衝突によるイオン→電子のエネルギー輸送 ie (e.g., Stepney & Guilbert 1983) 放射冷却:相対論的制動放射、シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱 (νc以下ではシンクロトロン自己吸収によりComptonizeされず、黒体放射) (hν>kTeでもComptonizeされない) Qrad = Qbr Qsy Qbr, C Qsy,C (e.g., Narayan & Yi 1995) 結果:円盤構造 M M Edd = 1×10-4, 1×10-3, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 プラズマβ M M Edd = 1×10-4 電子温度、イオン温度 M M Edd = 1×10-4 ADAF円盤 BH M M Edd = 0.1 円盤の厚さ M M Edd = 0.1 境界条件はADAF的な状態 →高降着率で不安定な状態 冷却 表面密度 M M Edd = 0.1 収縮 Low-b ADAF的 M M Edd = 1×10-4 BH M M Edd = 0.1 半径 M M Edd = 1×10-4 半径 境界条件の影響 結果:温度、放射冷却 M M Edd = 1×10-4, 1×10-3, 0.01, 0.02, 0.04, 0.08, 0.08, 0.1 電子温度、イオン温度 • Ti >Te @BH近傍 – M M Edd = 1×10-4 • M /MEdd>0.02では放射冷却があまり上がらない – – • 電子温度が下がりシンクロトロン放射は弱まる 制動放射は∝ρ2T1/2なので低温でもある程度効く 高M のわりに余り明るくならない – M M Edd = 0.1 放射冷却は十分効くがイオン温度は下がらない→ガス 圧が下がらない もっと高い降着率ならイオン温度も下がり、電子-イオン カップリングが強くなり、内側も磁気圧優勢になり明るく なる? 半径 放射冷却率 シンクロトロン放射 M M Edd = 0.1 制動放射 M M Edd = 0.1 1×10-4 1×10-4 半径 半径 半径 結果:スペクトル M M Edd = 1×10-4, 1×10-3, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 シンクロトロン放射 制動放射 M M Edd = M/MEdd > 0.02 では 0.1 電子温度が下がり シンクロトロンは下がる 制動放射は∝ρ2T1/2 (温度依存性はシンクロトロン程 ではない) なのでまだ上がる コンプトン 制動放射 降着率が高い程 傾きはSteepに、 Cut off は低振動数側へ 1×10-4 Cut off まとめ 光学的に薄い二温度遷音速解を求めた 降着率が高い場合に外側は磁気圧優勢、内側はADAF的 内側では放射冷却により電子温度は下がるが、イオン温度は下がらない。 内側で電子温度が下がりシンクロトロン放射が弱まるため、冷却率はそれ程 上がらず、余り明るくならない。 より高い降着率ならイオンと電子がカップルして、冷却率が上がる? 高い降着率で遷音速解を得るには境界条件の工夫が必要 得られた物理量からスペクトルを見積もった 高降着率ではシンクロトロンは余り効かない Brems.-Comp.が優勢 傾きはSteepに(光度がもっと大きければVHSの候補になるかも) 低い降着率ではCut off はほぼ一定、高い降着率では低エネルギー側へ (Miyakawa et al. 2007 とコンシステント?) 一温度(Ti=Te)モデルの問題点 電子温度とイオン温度が等しい保証は無い イオンと電子両方が放射で冷却されている 電子は移流加熱?(e.g., Nakamura et al. 1997) or 移流は効かない? 光学的に薄い二温度局所解(前々回) 同じ加熱率である保証は無い(イオンのみが加熱?) 移流も両方同じ 放射するのは主に電子→冷却率は電子温度で評価すべき (シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱の効果も入れたい) イオンと電子両方が加熱されている 高温領域では Ti>Te? 相対論的制動放射、シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱 光学的に薄い二温度定常解 研究の流れ Global 3DMHD(Machida et al. 2006) 光学的に薄い高温ガス圧優勢円盤 →放射冷却により収縮→低温磁気圧優勢円盤 磁場の散逸に依る加熱~放射冷却 光学的に薄い一温度定常解(Oda et al. 2007) 磁場を含めた一次元定常解(局所解&遷音速解) 制動放射による冷却 ADAF、SLEに加え、磁気加熱~放射冷却となる平衡解(Low-b解) 光学的に薄い~厚い一温度局所解(前回) 0.1MEdd以上でも存在←明るいハードステート ガス圧、磁気圧、放射圧を含めた τ≪1で制動放射、 τ≫1で黒体放射 ADAF→SLE→Low-b→ 標準→Slimと繋がる熱平衡曲線 光学的に薄い二温度局所解(前々回) 相対論的制動放射、シンクロトロン放射、 逆コンプトン散乱による冷却 円盤の半径方向の構造は? 移流項の近似は正しい? スペクトルは? →光学的に薄い二温度遷音速解
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