せいめい UM
2021/08/12

せいめい望遠鏡によるブラックホール X 線連星
MAXI J1820+070 の分光観測
志達 めぐみ （愛媛大）Co-I:
村田 勝寛 （東工大）、上田 佳宏 、野上 大作、吉武 知紘、磯貝 桂介（京大）、前原 裕之（国立天文台）、河合 誠之（東工大）、
根來 均（日大）、三原 建弘、木邑 真理子（理研）、中平 聡（ISAS/JAXA）©ESO

（電 ジ波 ェッ〜 ト可視）

ブラックホール (BH) X 線連星

恒星

降着円盤星質量 BH
X線

伴星が低質量（O,B 型星以外）の低質量 X 線連星は突然アウトバーストを引き起こしX 線光度が数桁変化-> BH 降着・噴出流の物理を非常に幅広い質量降着率の範囲で調査可能

観測の動機: 降着円盤全体の構造の理解
BH 降着・噴出流の物理の完全理解のためには降着円盤全体の理解（多波長観測）が必須！！
X 線放射、
jet・円盤風を駆動

BH

降着円盤

質量降着

X線
X 線連星の「状態遷移」増光とともに、X 線スペクトル(=内縁部の構造を反映）が劇的に変化

照射

質量降着に影響加熱・電離

可視光
連続光 (熱放射)・輝線↑
せいめい提案のメインターゲット

円盤内縁部の構造とその変化は、
X 線観測から理解されつつあるが、外縁部はよくわかっていない

可視光の観測が鍵

観測内容: 全天X線監視装置 MAXI で検出した
X 線連星のアウトバーストの分光モニタ （ToO観測）

Normalized flux

• 可視バンドの実視等級が <17.5 mag で観測開始• 数日〜１週間間隔で分光観測• 主なターゲット: Hα λ6563, HeII λ4686, etc. ↓円盤風による吸収線
GRO J1655-40, high/soft state (Soria et al. 2000)

CIII/NIII HeII

(Munoz Darias+ 2016, Nature)

HαWavelength (Å)

線幅 (FWHM) ~ 500km/s• 状態遷移の前後では、X 線照射の効率が劇的に変わり、輝線の形状も大幅に変化すると期待される• 円盤風による吸収線が見える可能性もあるこれまでのせいめい観測
天体名

MAXI J1820+070

観測時期

Swift J1357.2-0933

2019/05 （2回）, 2020/02-03 （4回）,
2021/03 （1回）
2020/04 （1回）

MAXI J1803-298

2021/05 （3回）

MAXI J1807+132*1

2019/09 （1回）

Aql X-1*1

2020/03 （1回）

*1: 中性子星 X 線連星

MAXI J1803-298 のみ状態遷移の前後（X線で明るい時期）の観測ができた。
ただし星が非常に混んだ領域で、近傍ソースの混入あり。

BH X 線連星 MAXI J1820+070•

2018年 3 月に発見 (Kawamuro+ 2018 ATel #11399, Shidatsu+ 2018, 2019)•

電波 〜 X 線でさかんに観測D = 2.96±0.33 kpc, MBH = 8±1 Msun, i = 63±3 deg,
Porb=16.87±0.07 h , 伴星: M4V (Torres+ 2019, 2020; Atri+ 2020)
Adachi+ in prep

2021 年 3 月にも再増光

可視光 (g, Rc, Ic; MITSuME)
Low/hard High/soft

Low/hard

最初の outburst 終息後、4度の再増光（状態遷移なし）
X線 (2-4 keV,4-10 keV; MAXI)

2018/032020/03

BH X 線連星 MAXI J1820+070••

2018年 3 月に発見 (Kawamuro+ 2018 ATel #11399, Shidatsu+ 2018, 2019)
電波 〜 X 線でさかんに観測D = 2.96±0.33 kpc, MBH = 8±1 Msun, i = 63±3 deg,
Porb=16.87±0.07 h , 伴星: M4V (Torres+ 2019, 2020; Atri+ 2020)
Adachi+ in prep

2021 年 3 月にも再増光

可視光 (g, Rc, Ic; MITSuME)
Low/hardHigh/soft

Low/hard

2021/03(~17.5 mag)

せいめい望遠鏡での分光観測
2019/05:
2 夜 （Lx ~ 10-7 LEdd）
2020/02-03: 4 夜 （Lx ~ 10-5 - 10-4 LEdd）（LEdd: エディントン光度） 2021/03:
1 夜 （Lx ~ 10-7 LEdd）
いずれも X 線光度が低い時期の観測。状態遷移の時期の観測は未実施

せいめいによる観測 (2019/05/11)
Flux(1e-16 erg cm!" s!# Å!# )Yoshitake et al. in prep6563Å

H𝛼 6563Å
Wavelength (Å)

25Å

解釈1: blueshift した幅の狭い輝線

中心波長のずれ ~ 10 Å (v ~ 460 km/s)
降着円盤のある半径からの一様な放射では説明不可能。
円盤の狭い領域からの放射？
※ systemic velocity + 中心 BH の公転運動の速度: -40 ~ +15 km/s (-0.9 ~ +0.3 Å)

解釈2: red 側で吸収を受けた幅の広い輝線

HWZI ~25Å (Δv ~ 1100 km/s)
降着円盤のケプラー回転とすると、半径 ~ 3×104 km ~ 103 Rs
HWZI: Half Width at Zero Intensity, Rs: Schwarzschild 半径同時期の多波長観測
観測日: 2019/05/11-12
2019/05/11
Yoshitake+ in prep
Yoshitake+ in prep）
放射ンロロトクン（シ（ADAF)••

X線光度(1-10 keV):~ 10-7 LEdd

ADAF（X線） + 標準円盤 + ジェット + 伴星 （近赤外〜UV） で説明できる
標準円盤は非常に低温 (Tin ~ 104 K) で BH から離れた場所 (~2 ×104 km)
で途切れているせいめいの観測で得られた Hα 輝線の幅（解釈２） から得られるケプラー半径とほぼ一致

2020年以降の観測結果
2021/03/30
Hα (6563 Å)

3.8e-306400

Fν (Jy)2020/02/23

4.2e-3Fν (Jy)2e-3

光度にともない輝線/吸収線構造が変化 Shidatsu+ in prep

6700

Hβ (4861 Å)

2020/03/18

8e-3

6e-36700
6400
5.5e-36400
3.5e-36700

4.5e-34750

Wavelength (Å)

4950

2.5e-34750

Wavelength (Å)

10-7 LEdd
X 線照射

ADAF

10-5 LEdd
逆転層（輝線）
標準円盤

X 線照射

標準円盤（吸収線）

逆転層（輝線）

4950 4750

Wavelength (Å)

10-4 LEdd
X 線照射

4950

X線光度
逆転層（輝線）

標準円盤

CV でも同様の変化 (e.g., Hiroi+ 2009)

まとめ• 暗い時期 (X 線光度 10-7 ~10-4 LEdd) におけるブラックホール X 線連星 MAXI J1820+070 の輝線・吸収線構造の変化をとらえた• Hα, Hβ の構造変化は、質量降着率・X線照射強度の変化による降着円盤の構造変化で定性的には説明可能• より明るい時期 (>~10-3 LEdd) の観測、とくに状態遷移(@0.01-0.1 LEdd) にともなう X 線スペクトルの変化で輝線構造は変化するのか? -> 要観測
現地にほとんど行くことができず、前原さん・磯貝さんに何度も観測していただきました。大変感謝しております。
リモート観測に期待しています。