プロペラ効果(1)
LMXBトランジェントの光度曲線
浅井和美(理研), MAXI チーム
1. 4U 1608-52 と Aql X-1 の光度曲線
2. 2つのハード状態 Hard-High と Hard-Low
3. Hard-High から Hard-Low への遷移:プロペラ効果
4. XTE J1701-463 への応用
Asai et al. (ApJ submitted)
MAXI/GSC による
4U 1608-52 と Aql X-1の光度曲線
100日
S-II
H-I
S-III
H-II
S-II
H-I
2009.8.15
H-III
S-III
H-II
4U1608-52
S-IV
H-III
S-IV 2-10 keV
H-IV
AqlX-1
 ソフト状態と
ハード状態
 アウトバースト
を400日くらい
で繰り返す
H-IV
2013.1.31
NS-LMXB統一解釈
Lx
38
Soft
36
Matsuoka et al. 2013
Hard
Hard-High
効いていない
Propeller効果
効いている
Hard-Low
33
t
状態
条件
質量降着の特徴
(1)Soft
RA<<Rc
光学的に厚い降着円盤から中性子星表面
の赤道近傍に降着
(2)Hard-High
RA<Rc
光学的に薄い降着円盤から中性子星表面
全面に降着
(3)Hard-Low
Rc<RA<RLC
プロペラ効果により降着が妨げられ、一部
が極付近のみに降着
Soft状態, Hard状態(Hard-HighとHard-Low)
AqlX-1 GSC and BAT
Soft
Hard-High
Hard-Low
2-10keV (MAXI/GSC)
15-50keV (Swift/BAT)
50日
15-50keV / 2-10keV
→ Soft/Hardの区別に使用
 Soft状態とHard状態は、ハードネス(15-50keV / 2-10keV)で定義。
 Hard-High から Hard-Low への遷移では急激な光度減少が起きる
→ 光度の頻度分布から境界光度を決めた。
光度曲線 と 光度の頻度分布:Aql X-1
H-II
Hard-HighとHard-Lowの両方が見られる例。
点線は、「光度分布」から決定した
急激な光度減少を起こし始める光度
(右図の矢印)。
光度の頻度分布から求めた
Hard-High/Hard-Lowの境界光度
1.3×1036erg/s
矢印は、急激な
光度減少を起こ
し始める光度を
示している。
点線:すべてのデータ
実線:4σ以上のデータ
光度曲線 と 光度の頻度分布:4U 1608-52
H-I
光度の頻度分布から求めた
Hard-High/Hard-Lowの境界光度
1.3×1036erg/s
H-III
点線:すべてのデータ
実線:4σ以上のデータ
4U 1608-52とAql X-1の光度の頻度分布の考察
 頻度が急激に減少する光度は
検出限界より高いX線光度で起きているので、有意である。
4U 1608-52、Aql X-1 ともに、1.3×1036erg/s。
↓
 この光度がプロペラ効果が効き始める光度と考えることができる。
この場合、
Hard-High 状態(Lx>1.3×1036erg/s)は、
プロペラ効果がまだ効かない(Ra<Rc)状態
Hard-Low 状態(Lx<1.3×1036erg/s)は、
プロペラ効果が効いている(Ra>Rc)状態
と考えられる。
 4U 1608-52はB=(0.5-1.6)×108G、Aql X-1はB=(0.6-1.9)×108G
となった。
(中性子星の自転周期は4U 1608-52が1.62 ms、Aql X-1は1.82 msを用いた。)
初めてZからAtollに遷移した
トランジェントLMXB : XTE J1701-462
RXTE/PCAの光度曲線:Lin et al. (2009)
Z ソース状態
Z状態(Ⅰ~Ⅳ)
HB: 青, NB:緑, FB:赤
HB/NB:深緑, NB/FB:黒
2.2-3.6keV
8.6-18keV
2006.1.19.
500日
Atoll ソース状態
Atoll状態(Ⅴ)
Soft:紫、Hard:青
光度が急激に減少
↓
プロペラ効果か?
※Z状態からAtoll状
態へ遷移したところ
なので、ソフト状態で
起きたのか?
XTE J1701-462の光度曲線(ASM)と光度の頻度分布
点線:すべてのデータ
実線:4σ以上のデータ
ZからAtollへの急激な光度減少をプロペラ効果と考え、光度頻度分
布により境界光度を求めた:1.8×1037erg/s。
 他のNS-LMXB同様ミリ秒の自転周期を仮定し、磁場を求めると ~109Gである。
 これは明るいときの降着円盤と磁場の相互作用から求めた磁場の値:
(1-3)×109G(Ding et al. 2011)と矛盾しない値である。
 ZからAtollへの変化は、プロペラ効果により光度が下がることで、引き起こされた
と解釈できる。
まとめ
1. 4U 1608-52 と Aql X-1の急激な光度変化を、NS-LMXBの
「統一解釈」をもとに、「Hard-High」から「Hard-Low」への遷移と
考え、プロペラ効果によるものとして中性子星表面の磁場を求
め、これまでの予想と矛盾のない結果を得た。
・ これは、ハード状態でプロペラ効果が起きた例である。
2. XTE J1701-462 の光度曲線でも同様の解析を行い、磁場の
値はDing et al. (2011)と矛盾のない結果を得た。
・ この場合は、プロペラ効果が、Z状態からAtoll状態への遷移を促した例で、
いわゆるソフト状態でのプロペラ効果である。
3. 中性子星の自転をミリ秒程度と仮定すると、108G程度の弱い
磁場の場合、ハード状態でプロペラ効果が起き、109G程度にな
ると、ソフト状態でプロペラ効果が起きる。
・ プロペラ効果は、ソフト/ハード状態にはよらない。
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