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明るいハードステートに対応する 光学的に薄い降着円盤モデル

明るいハードステートに対応する 光学的に薄い降着円盤モデル. 小田寛 ( 千葉大自然 ) 町田真美 ( 国立天文台 ) 、中村賢仁 ( 松江高専 ) 、松元亮治 ( 千葉大理 ) . Oda et al. Remillard et al. 2005. T ~10 7 K 放射圧優勢. Slim?. SlimDisk . T ~10 7-9 K 磁気圧優勢. Low- b ? . High/Soft . Very High . T ~10 7 K ガス圧優勢. 標準 . Low/Hard . T ~10 9 K ガス圧優勢. ADAF .

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明るいハードステートに対応する 光学的に薄い降着円盤モデル

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Presentation Transcript

  1. 明るいハードステートに対応する光学的に薄い降着円盤モデル明るいハードステートに対応する光学的に薄い降着円盤モデル 小田寛(千葉大自然) 町田真美(国立天文台)、中村賢仁(松江高専)、松元亮治(千葉大理) Oda et al. Remillard et al. 2005

  2. T~107K 放射圧優勢 Slim? SlimDisk T~107-9K 磁気圧優勢 Low-b ? High/Soft Very High T~107K ガス圧優勢 標準 Low/Hard T~109K ガス圧優勢 ADAF BHCsのX線スペクトル状態 L/LEdd 1 0.1 0.01 Energy [ keV ]

  3. 磁場を考慮した光学的に薄い円盤の 熱平衡曲線(二温度モデル) (前々回の年会） a=0.05 強磁場 Low-b SLE 弱磁場 ADAF 降着率 ADAF 表面密度 Low-b ? Disk+Corona？ Ti ~26keV ADAF kTe∝L-0.23±0.02 Te SLE Low-b 温度 強磁場 弱磁場 降着率 明るいハードステート H-Lダイアグラム 光度曲線 • 円盤の半径方向の構造は？ • 移流項の近似は正しい？ • スペクトルは？ 　→光学的に薄い二温度遷音速解 ~0.06LEdd Soft Hard MJD Gierliński & Newton 2006 電子温度-光度の関係 GX 339-4 電子温度 ~0.06LEdd 光度 Miyakawa et al. 2007

  4. 基礎方程式 ←質量降着 ※ < >: 方位角方向平均 質量保存 ←磁束降着 運動量保存 磁気張力 角運動量保存 磁場(Maxwell Stress) による角運動量輸送 電子のエネルギー式 放射冷却 クーロン衝突による エネルギー輸送 移流項 イオンのエネルギー式 加熱 シューティング法で遷音速解を求める。(積分には後退オイラー法を用いた）

  5. 磁場について • トロイダル磁場が優勢な乱流磁場 • Maxwell Stress と全圧の比 • 磁束降着率 • z = 0 : 磁束保存( Ideal MHDの誘導方程式 ) • z > 0 : BH近傍ほど磁束増加 (Machida et al. 2006 では aB～0.1-0.05) (Machida et al. 2006 ではz～1) z>0 z=0

  6. e ion エネルギーバランス 放射冷却 • 加熱率：磁気エネルギーの散逸によるイオンの加熱 移流加熱？ 移流冷却？ クーロン衝突 移流冷却 (e.g., Machida et al. 2006 ;Hirose et al. 2006) 加熱 • 移流項 • イオンに対しては(恐らく)冷却 • 電子に対しては？ • 冷却？加熱？効かない？ (Nakamura et al. 1997 では加熱) • クーロン衝突によるイオン→電子のエネルギー輸送 (e.g., Stepney & Guilbert 1983) 放射冷却：相対論的制動放射、シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱 (νc以下ではシンクロトロン自己吸収によりComptonizeされず、黒体放射） (hν>kTeでもComptonizeされない) (e.g., Narayan & Yi 1995)

  7. 境界条件はADAF的な状態 →高降着率で不安定な状態 結果：円盤構造 1×10-4, 1×10-3, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 プラズマβ 電子温度、イオン温度 ADAF円盤 1×10-4 1×10-4 BH 0.1 0.1 冷却 収縮 表面密度 円盤の厚さ 0.1 Low-b ADAF的 1×10-4 BH 0.1 1×10-4 境界条件の影響 半径 半径

  8. 結果：温度、放射冷却 1×10-4, 1×10-3, 0.01, 0.02, 0.04, 0.08, 0.08, 0.1 電子温度、イオン温度 • Ti >Te @BH近傍 • 放射冷却は十分効くがイオン温度は下がらない→ガス圧が下がらない • M /MEdd>0.02では放射冷却があまり上がらない • 電子温度が下がりシンクロトロン放射は弱まる • 制動放射は∝ρ2T1/2なので低温でもある程度効く • 高M のわりに余り明るくならない • もっと高い降着率ならイオン温度も下がり、電子-イオンカップリングが強くなり、内側も磁気圧優勢になり明るくなる？ 1×10-4 0.1 半径 放射冷却率 シンクロトロン放射 制動放射 0.1 0.1 1×10-4 1×10-4 半径 半径 半径

  9. シンクロトロン放射 M/MEdd > 0.02 では 電子温度が下がり シンクロトロンは下がる 黒体放射 シンクロトロン 降着率が高い程 傾きはSteepに、 Cut off は低振動数側へ コンプトン Cut off 制動放射 黒体放射 コンプトン 制動放射は∝ρ2T1/2 (温度依存性はシンクロトロン程ではない） なのでまだ上がる 制動放射 結果：スペクトル 1×10-4, 1×10-3, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 0.1 1×10-4

  10. まとめ • 光学的に薄い二温度遷音速解を求めた • 降着率が高い場合に外側は磁気圧優勢、内側はADAF的 • 内側では放射冷却により電子温度は下がるが、イオン温度は下がらない。 • 内側で電子温度が下がりシンクロトロン放射が弱まるため、冷却率はそれ程上がらず、余り明るくならない。 • より高い降着率ならイオンと電子がカップルして、冷却率が上がる？ • 高い降着率で遷音速解を得るには境界条件の工夫が必要 • 得られた物理量からスペクトルを見積もった • 高降着率ではシンクロトロンは余り効かない • Brems.-Comp.が優勢 • 傾きはSteepに(光度がもっと大きければVHSの候補になるかも) • 低い降着率ではCut off はほぼ一定、高い降着率では低エネルギー側へ(Miyakawa et al. 2007 とコンシステント？)

  11. 一温度(Ti=Te)モデルの問題点 • 電子温度とイオン温度が等しい保証は無い • 高温領域では Ti>Te? • イオンと電子両方が放射で冷却されている • 放射するのは主に電子→冷却率は電子温度で評価すべき • (シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱の効果も入れたい) • イオンと電子両方が加熱されている • 同じ加熱率である保証は無い(イオンのみが加熱？) • 移流も両方同じ • 電子は移流加熱？(e.g., Nakamura et al. 1997) or 移流は効かない？ • 光学的に薄い二温度局所解(前々回) • 相対論的制動放射、シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱 • 光学的に薄い二温度定常解

  12. 研究の流れ • Global 3DMHD(Machida et al. 2006) • 光学的に薄い高温ガス圧優勢円盤 　　→放射冷却により収縮→低温磁気圧優勢円盤 • 磁場の散逸に依る加熱～放射冷却 • 光学的に薄い一温度定常解(Oda et al. 2007) • 磁場を含めた一次元定常解(局所解＆遷音速解) • 制動放射による冷却 • ADAF、SLEに加え、磁気加熱～放射冷却となる平衡解(Low-b解) • 0.1MEdd以上でも存在←明るいハードステート • 光学的に薄い～厚い一温度局所解(前回) • ガス圧、磁気圧、放射圧を含めた • τ≪1で制動放射、 τ≫1で黒体放射 • ADAF→SLE→Low-b→ 　　　　　　　標準→Slimと繋がる熱平衡曲線 • 光学的に薄い二温度局所解(前々回) • 相対論的制動放射、シンクロトロン放射、 　　逆コンプトン散乱による冷却 • 円盤の半径方向の構造は？ • 移流項の近似は正しい？ • スペクトルは？ →光学的に薄い二温度遷音速解

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