ブラックホール連星系の low/hard state の最近
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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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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 BHXNeTime evolution of X-ray states
X-ray light curve
X-ray spectrum100 days
1 keV 10 keV
(Tanaka & Lewin 1995)
Very high state
High/soft state
Low/hard state
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, outbur
st frequency, amplitude, etc…..– The hard tail (low/hard state) cannot be explained by t
he standard model.
) ; at K 10~( g74/3
eff mLrTrT
Optical X-ray
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
Thermal equilibrium curve for accretion disks(Abramowicz et al. 1995)
optically thin
optically thick
Slim
Standard(optically thin)
ADAF)K10~( 9e
2 TmL
Introduction : X-ray states & Accretion disks
• 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 Esin et al. (1997)
Mass accretion rate
high
low
standard disk
ADAF
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
• 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、
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・・・
• Simple absorbed power-law• Power-law だけで問題無し→ low/hard state
GX339-4 (LX/LEdd~0.05) SWIFT J1753.5-0127 (LX/LEdd~0.003)
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 J1753.5-0127 (LX/LEdd~0.003)
Disk 成分を足すと・・・
• すっきり。
GX339-4 (LX/LEdd~0.05) 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
• 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
SWIFT J1753.5-0127
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。
← 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)
Mass accretion rate
standard disk
ADAF
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）
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
• 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）
Z- 方向のエネルギー収支を考える• エネルギー保存 :
• その解
z
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？