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 •Lm 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？
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