弱磁場中性子星(低質量X線連星系)における
エディントン限界付近での状態遷移)
高橋 弘充(ひろたか)
低質量な恒星
(~ 1 M )
アンドロメダ銀河(X線)
~500天体
半分以上がLMXB
弱磁場中性子星
(< 109 G)
低質量X線連星系(LMXB) 通常銀河における支配的なX線種族
定常放射:数時間~年で変動
SPECTRAL STATES OF XTE J1701−462: LINK BETWEEN Z AND ATOLL SOURCES
Lin et al. 2009, ApJ, 696, 1257
コンパクト天体への質量降着流
弱磁場中性子星(NS)、恒星質量ブラックホール、活動銀河核
莫大な重力エネルギーが解放
NS:~10% 静止質量
X線
(質量M~1.4M 、半径~10km)
→ 運動エネルギー、放射エネルギー
どのようにエネルギーが変換されているのか?
・LMXBの物理的な描像
東モデル (満田 et al. 1984、牧島 et al. 1989)
定常放射:降着円盤+NS表面
光学的に厚く
幾何学的に薄い
TBB
降着円盤
NS
rBB
最内縁半径:rin
黒体放射
(BB)
多温度黒体放射
(MCDモデル)
1
4
10
20
Energy [keV]
最内縁温度:Tin 観測量:温度、半径 → 光度 ∝ r2・T4
基本法則:ステファン-ボルツマン法則
LMXBの状態遷移
・状態遷移
color-color 図(CCD)
(Haisinger et al. 1989)
カラー:カウントレートの比
Hard color = (高帯域)/(中帯域)
Soft color = (中帯域)/(低帯域)
Upper banana
Horizontal
Island
Normal
Flaring
Z天体:形がZ
明るい
光度
質量降着率: エディントン限界付近
Lower banana
Atoll天体:形が環礁
暗い
エディントン限界以下
それぞれの状態での物理的な描像は?
ブラックホール連星系なら、low/hard, high/soft, Slim disk 状態。。。
CCD, HID
Z天体
Cyg-like
(“Z”型)
Sco-like
(“ν”型)
Atoll天体
XTE J1701-462
I: Cyg-like Z
II~IV : Sco-like Z
V: atoll
Branch
青:Horizontal (HB)
緑: Normal (NB)
赤: Flaring (FB)
金: HB/NB 接点
黒: NB/FB 接点
・2006~2007にかけてアウトバースト
・観測史上はじめて、Z天体 => atoll 天体 => 静穏へと遷移した
・RXTE で 866 観測(総時間~3 Ms)
・Type I バースト(NS表面での核融合反応)も V 期に2回観測された
・8.8 kpc ?, inclination ~ 70 deg?
スペクトル
MCD + BB + Power-law モデル
・降着円盤
・NS表面
・周囲の高温ガスで
コンプトン散乱された放射
CCD, HID
←個別の時期ごと
全時期を重ねて
・Cyg-like => Sco-like => Atoll と遷移
・Z状態では、その都度 HB, NB, FB がある
・状態遷移の説明には、質量降着率+αが必要
Sco-like 変動のタイムスケール
FB
NB/FB接点 => FB
NB
NB/FB => HB/NB
・各branch をトレースする時間スケール
FB~10分、NB~数時間、HB~1日
・FB は先へ行くほど、短い時間スケール
・NB は中間が短い時間スケール(両端は安定)
・HB は不明
パラメータの変動
MCD + BB + Power-law モデル
・降着円盤(LMCD, kTMCD, RMCD)
・NS表面 (LBB, kTBB, RBB)
・周囲の高温ガスでコンプトン散乱された放射
Power-law の寄与 < 30%
パラメータの変動
Atoll (high/soft)状態
・L ∝ T^4
・R : ほぼ一定
=> ステファンボルツマンの法則
+円盤の最内縁半径は標準降着円盤の最終安定軌道?
=> ブラックホール連星系の high/soft 状態と描像が一致
パラメータの変動
Z状態(NB/FB, HB/NB接点)
・そもそも Cyg-like FB については再現できていない。。。
・NB/FB, HB/NB
どちらの接点も
同じような振る舞い。
・RMCD 増
(最内縁が膨れる
放射圧が効いている?)
・Atoll状態は、
NB/FB 接点とつながる
パラメータの変動
Z状態(FB)
・L∝ T^4/3 上に乗る
(質量降着率が一定で、
TMCD増、RMCD減
=> 円盤の最内縁がAtoll
状態と同程度まで縮小
・なぜBB放射が変化する
のかは不明
パラメータの変動
Z状態(NB)
・NB/FB => HB/NB へ向け、
MCD は変化しないのに
LBB増(TBB一定、RBB増)
・NBの両端が安定なので、
両者をつなぐ状態
と考えられる。
パラメータの変動
Z状態(HB)
・LBBの変化は小さい
・LMCD は、HB/NB 接点
から離れるほど減少
・LMCD+Lhard tail
は変動が少ない。
=> hard tail も円盤起源?
著者達の考え(1)
・XTE J1701-462 によって、観測史上はじめて、
Cyg-like => Sco-like => atoll 状態の遷移が観測された。
これは質量降着率の変化に依存した変動だろう。
よって、Z状態の中に HB, NB, FB があるのは、
単純な質量降着率では説明できない現象ではないか?
質量降着率@atoll = 1 とすると、
@ Sco-like ~ 30
@ Cyg-like ~40-60
著者達の考え(2)
・Z状態は、HB/NB と NB/FB のそれぞれの接点を通る
2本の直線が基準では?
・HB/NB の方が BB(NS表面)の flux が高いので、
HB/NB の接点が slim disk 状態(移流が優勢)
NB/FB の接点が標準降着円盤の状態
にあるのでは?(ただし p-free モデルの必要性はない)
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