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ブラックホール連星系の low/hard state の最近

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

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ブラックホール連星系の low/hard state の最近

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Presentation Transcript

  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　20060703 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/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

  3. Introduction : Observational properties of BHXNeTime 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)

  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 high • 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 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！？ • 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 • 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

  10. 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

  11. 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

  12. Disk成分を足すと・・・ GX339-4 (LX/LEdd~0.05) SWIFT J1753.5-0127 (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 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

  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？ 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、 • 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 J1118+480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？

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